Stromerzeugung mit Photovoltaik (PV)

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Funktionsweise von Solarmodulen

Der Begriff Photovoltaik leitet sich vom griechischen Wort für Licht (phos) und der Einheit der elektrischen Spannung (Volt) ab. Ein photovoltaischer Generator, also ein PV- oder Solarmodul oder eine Solarzelle, verwandelt die Strahlungsenergie des Sonnenlichts direkt in elektrische Energie bzw. in „Solarstrom“. Er unterscheidet sich damit in Funktionsweise und äußerem Erscheinungsbild von einem thermischen Generator, einem Kollektor, der die Strahlung der Sonne in Wärmeenergie (für Heizung und Warmwasser) verwandelt.

Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie in einer Solarzelle beruht auf dem bereits 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Bequerel entdeckten photovoltaischen Effekt. Zwei Schichten eines Halbleiters (z.B. Silizium) werden durch „gezieltes Verunreinigen“ (Dotieren) mit unterschiedlichen Fremdatomen (z. B. Phosphor, Bohr) so beeinflusst, dass eine Teilschicht negativ und die andere positiv leitend wird. Die Grenzschicht zwischen den beiden Halbleitern ist der sogenannte p-n-Übergang, der das Kernelement von Solarzellen bildet. In ihm besteht ein elektrisches Feld. Wird der p-n-Übergang mit Lichtenergie (Photonen) bestrahlt, entstehen durch Lichtabsorption freie Ladungsträger (negative Elektronen und positive „Defektelektronen“). Diese werden durch das elektrische Feld bewegt und erzeugen eine elektrische Spannung. Durch metallene Kontakte an beiden Seiten der Zelle und Anschluss eines Verbrauchers kann der entstandene elektrische Strom dann abgenommen werden.

Mit dieser Technik kann das Gebäude zum Stromproduzenten werden, sei es für die Selbstversorung (siehe Inselsysteme) oder zur Netzeinspeisung (siehe Netzgekoppelte Systeme).