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Photovoltaikanlage: Vorteile und Nachteile von Photovoltaikanlagen

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Die weltweite Energiewende basiert neben Windkraftanlagen maßgeblich auf dem Einsatz von Photovoltaikanlagen. Überall werden Solarmodule und Wechselrichter genutzt, um aus Sonnenstrahlen bzw. Licht in elektrischen Strom zu wandeln. Eine Photovoltaikanlage wird dabei meist auf Freiflächen oder auf Dachflächen installiert. Dieser Photovoltaik-Ratgeber benennt die Vorteile und Nachteile von Photovoltaikanlagen – konzentriert sich dabei aber auf den Kauf und die Installation von PV-Anlagen im deutschsprachigen Raum.

Definition: Was ist Photovoltaik?

Als Photovoltaik wird die Wandlung von Energie aus Sonnenlicht in elektrische Energie bezeichnet. Seit 1958 haben monokristalline Solarzellen signifikant zum Erfolg der Raumfahrt beigetragen. Heute gibt es unterschiedliche Typen von Solarzellen, insbesondere polykristalline Solarzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Technologie soll entscheidend zur globalen Energieversorgung beitragen.

Monokristalline vs. polykristalline Solarzellen

Wie in der Definition zu Photovoltaik beschrieben, erzeugt eine Photovoltaikanlage elektrischen Strom aus Sonnenenergie bzw. wandelt die Sonneneinstrahlung in Gleichstrom um. Heute gibt es mehrere unterschiedliche Arten von Solarmodulen – die Wichtigsten basieren auf monokristallinen und polykristallinen Solarzellen. Wichtig ist diese Unterscheidung, weil damit unterschiedliche Spezifika verbunden sind.

Während monokristalline Zellen auch bei diffusem Licht, also wenn die Sonne oberhalb der Wolken scheint und das Sonnenlicht nicht direkt auf die Solarzellen trifft, heutzutage immer bessere Ergebnisse liefern, sind sie anfällig für hohe Temperaturen. In Deutschland bedeutet das: Ab Juni wird es auf einem typischen deutschen Hausdach zu heiß, so dass der Ertrag der monokristallinen Solarmodule stark nachlässt.

Polykristalline Zellen sind wegen ihrer quadratischen Form auffallend. Sie sind weniger ertragreich in diffusem Licht, dafür aber wenig temperaturempfindlich bei heißen Temperaturen. Je näher die Photovoltaikanlage am Äquator platziert wird, umso wahrscheinlicher ist also der Einsatz polykristalliner Solarzellen.

Eine solche Anlage besteht insbesondere aus zwei Komponenten: Den Solarmodulen einerseits und dem Wechselrichter andererseits. Die Solarmodule wiederum bestehen aus einer Vielzahl von Solarzellen. Die Solarzelle ist für die Umsetzung des photovoltaischen Effekts zuständig.

Eine kristalline Solarzelle besteht aus drei Halbleiter-Schichten – genauer aus der n-Schicht (negativ geladene äußere Schicht), der p-Schicht (positiv geladenene äußere Schicht) und der dazwischen liegenden Grenzschicht.

Die oberste, negativ geladene Halbleiter-Schicht wird durch das Einbringen von Fremdatomen wie beispielsweise Bor oder Phosphor leitfähig gemacht. In dieser Schicht sind die einzelnen Atome gesättigt – dadurch befinden sich freie Elektronen darin. Als Halbleiter-Material wird zumeist Silizium eingesetzt, daher spricht man auch von der Silizium-Schicht.

Die untere Silizium-Schicht hingegen, die mit Bor-Atomen angereichert ist, enthält zu wenige Elektronen.

In der Grenzschicht wiederum sind gesättigte Silizium-Atome. Über diese wandern die überschüssigen Elektronen der n-Schicht in die p-Schicht, um sich an die überschüssigen Bor-Atome anzudocken. Durch diese Bewegungen bildet sich ein elektrisches Feld innerhalb der Solarzelle. Es wird auch als p-n-Übergang bezeichnet.

Fällt nun Licht auf die Solarzelle, werden durch den beschriebenen Effekt Elektronen frei, die sich durch das elektrische Feld im p-n-Übergang bewegen und hierdurch elektrische Spannung generieren. Genau diese Gewinnung elektrischer Spannung wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet. Konkret werden an der Ober- und der Unterseite der Solarzelle Metallkontakte gesetzt – diese sind gewöhnlich aus Aluminium oder Silber – und miteinander über ein Kabel verbunden. Sie leiten die Elektronen ab und bringen sie über das Kabel zum Fließen – ein elektrischer Stromkreis entsteht.

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1 Kommentar
  1. […] Photovoltaikanlage: Vorteile und Nachteile von Photovoltaikanlagen […]

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