Solarzelle Aufbau: Umfassende Erforschung

Solarenergie wird immer mehr zu einer bevorzugten Wahl für Haushalte, die ihren ökologischen Fußabdruck verringern und ihren Energiebedarf nachhaltig decken wollen. Als Rückgrat der Photovoltaik (PV)-Systeme sind Solarzellen entscheidend für die Umwandlung von Sonnenlicht in nutzbare elektrische Energie.

In diesem Blog gehen wir auf die Feinheiten des Solarzellen Aufbaus und die verschiedenen verfügbaren Typen ein und beleuchten die Funktionsweise einer Solarzelle. Außerdem erforschen wir die neuesten Fortschritte in der Solarzellentechnologie und geben einen Einblick in die Zukunft der Solarenergielösungen. Lassen Sie uns eintauchen!

Was ist eine Solarzelle und wie funktioniert eine Solarzelle?

Eine Solarzelle ist ein Gerät, das Sonnenlicht durch den so genannten photovoltaischen Effekt direkt in Strom umwandelt.

Wie funktionieren also Solarzellen? Die Solarzelle Funktionsweise basiert auf Halbleitermaterialien, in der Regel Silizium, die so beschaffen sind, dass sie eine positive (p-Typ) und eine negative (n-Typ) Schicht bilden. Wenn das Sonnenlicht auf die Zelle trifft, werden Elektronen angeregt, die von einer Schicht zur anderen fließen und einen elektrischen Strom erzeugen. Dieser Strom wird aufgefangen und durch Drähte geleitet, um nutzbare Energie zu erzeugen.

Was ist der Solarzellen Aufbau?

Solarzellen, die Hauptbestandteile von Solarmodulen, bestehen aus mehreren Schichten, von denen jede dazu dient, die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zu optimieren. Hier sind die wichtigsten Komponenten:

Schutzglas und Verkapselung: Solarzellen sind in der Regel mit einer Schutzglasschicht überzogen und in ein haltbares, transparentes Polymer eingekapselt. Dies schützt die empfindlichen inneren Komponenten vor Umwelteinflüssen und ermöglicht gleichzeitig einen maximalen Lichteinfall.

Elektrische Kontakte: An der Ober- und Unterseite der Solarzelle befinden sich Metallkontakte, damit der von der Zelle erzeugte Strom effizient abgeleitet werden kann. Die oberen Kontakte sind in der Regel in einem Gittermuster angeordnet, um die Abdeckung der Zelloberfläche zu maximieren, während das Licht weiterhin zum darunter liegenden Silizium durchgelassen wird.

Siliziumschichten: Der Kern der meisten Solarzellen besteht aus zwei Siliziumschichten - eine, die mit Phosphor dotiert ist, um eine negative (n-Typ) Schicht zu bilden, und die andere, die mit Bor dotiert ist, um eine positive (p-Typ) Schicht zu bilden. Diese Schichten bilden einen p-n-Übergang, die kritische Schnittstelle, an der die Umwandlung von Licht in Strom stattfindet.

In diesen Schichten, vor allem in den Siliziumschichten, geschieht das Wunder. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, werden die Photonen des Lichts vom Silizium absorbiert, wodurch Elektronen angeregt werden und von der n-Typ-Schicht zur p-Typ-Schicht springen, wodurch ein elektrischer Strom entsteht. Dieser Elektronenstrom wird durch die elektrischen Kontakte geleitet und liefert nutzbaren Strom. Der p-n-Übergang ist von zentraler Bedeutung, da er ein elektrisches Feld aufbaut, das den Fluss dieser Elektronen lenkt und so eine effiziente und zuverlässige Stromerzeugung gewährleistet.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, jede mit einzigartigen Materialien und Konstruktionstechniken, die ihre Effizienz, Kosten und Anwendungseignung beeinflussen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Arten von Solarzellen, die heute üblicherweise verwendet werden:

Monokristalline Solarzellen

Sie bestehen aus einer einzigen, durchgehenden Kristallstruktur und sind an ihrer einheitlichen dunklen Farbe und den abgerundeten Kanten zu erkennen. Monokristalline Zellen sind bekannt für ihren hohen Wirkungsgrad und ihre hervorragende Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen. Zu ihrer Herstellung werden zylindrische Barren aus hochreinem Silizium in Wafer geschnitten. Obwohl sie der teuerste Solarzellentyp sind, werden sie aufgrund ihrer langen Lebensdauer und ihres höheren Wirkungsgrads bevorzugt in Wohngebäuden eingesetzt Balkonkraftwerke.

Polykristalline Solarzellen

Diese auch als multikristalline Zellen bezeichneten Zellen werden aus miteinander verschmolzenen Siliziumkristallen hergestellt. Sie sehen etwas weniger einheitlich aus als monokristalline Zellen und haben in der Regel eine blau gesprenkelte Farbe. Polykristalline Zellen haben im Vergleich zu monokristallinen Zellen eine geringere Wärmetoleranz und einen geringeren Wirkungsgrad, sind aber in der Herstellung kostengünstiger. Sie bieten eine ausgewogene Option für diejenigen, die einen Kompromiss zwischen Kosten und Effizienz suchen.

Dünnschicht-Solarzellen

Dünnschichtzellen werden im Gegensatz zu kristallinen Siliziumzellen durch Aufschichten von photovoltaischen Materialien wie Cadmiumtellurid, amorphem Silizium oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid auf ein Substrat hergestellt. Diese Zellen sind flexibel, leicht und werden durch hohe Temperaturen weniger beeinträchtigt. Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Siliziumzellen und sind im Allgemeinen y billiger in der Herstellung. Dünnschicht-Solarzellen sind ideal für Großanlagen und Gebäude, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt.

Warum sind Solarzellen wichtig?

Um die Bedeutung von Solarzellen richtig einschätzen zu können, muss man sich das immense Potenzial der Sonne als Energiequelle vergegenwärtigen. Jede Stunde überflutet die Sonne die Erde mit mehr Energie, als die gesamte Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht. Diese reichlich vorhandene und erneuerbare Energiequelle stellt eine große Chance für eine nachhaltige Entwicklung dar, vorausgesetzt, wir können sie effektiv nutzbar machen.

Solarzellen sind die Schlüsseltechnologie, die es uns ermöglicht, diese enorme Sonnenenergie zu nutzen. Sie wandeln das Sonnenlicht direkt in Strom um und machen die Solarenergie zu einem Eckpfeiler der weltweiten Strategien für erneuerbare Energien. Diese Technologie hat die Art und Weise, wie wir Energie erzeugen und darüber nachdenken, revolutioniert und einen Paradigmenwechsel hin zu nachhaltigeren und weniger umweltbelastenden Methoden bewirkt.

Die Wirkung von Solarzellen geht über die Energieerzeugung hinaus. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels, der Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der Förderung der Energieunabhängigkeit. Heutzutage sieht man Solarmodule, die aus Reihen von Solarzellen bestehen, immer häufiger auf Dächern, in Solarparks und als Kernkomponenten von Balkonkraftwerken mit Speicher und unterstreichen damit ihre wachsende Rolle in unserer Energieinfrastruktur.

Neue Fortschritte bei Solarzellen und ihre Zukunftsaussichten

Die Solartechnik entwickelt sich rasant weiter und bringt bedeutende Fortschritte hervor, die die Energiesysteme weltweit zu revolutionieren versprechen.

Derzeit liegt der Wirkungsgrad der meisten Solarzellen bei etwa 20 %. Jüngste Durchbrüche könnten dieses Bild jedoch drastisch verändern. So hat die Entwicklung von Tandem-Solarzellen, bei denen verschiedene photovoltaische Materialien übereinander geschichtet werden, um einen breiteren Bereich des Sonnenspektrums zu erfassen, Wirkungsgrade von über 30 % erreicht. Dieser bedeutende Sprung gegenüber herkömmlichen Modellen ist in erster Linie auf die bessere Nutzung des Sonnenspektrums zurückzuführen. Durch die Integration von Zellen mit unterschiedlichen Bandlücken können Tandemzellen einen größeren Teil des Sonnenspektrums absorbieren und in Strom umwandeln.

Neben den Tandem-Solarzellen werden auch andere innovative Entwicklungen wie Perowskit-Solarzellen und biohybride Solarzellen aktiv erforscht und haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt. Es ist klar, dass die Erforschung der Solarenergie in eine neue und aufregende Phase eintritt, die riesige Gebiete für die zukünftige Erforschung und potenzielle Nutzung eröffnet.

Schlussfolgerung

Sie kennen nun den Solarzellen Aufbau und wissen, wie Solarzellen funktionieren. Für ein Balkonkraftwerk wie die Anker Solarbank 2 E1600 Pro mit Bifazialen Solarmodulen ist die Solarzelle der Ort, an dem die ganze Magie beginnt. Die Solarzellen in den bifacialen 435-W-Paneelen sind der Held, der das einfallende Sonnenlicht in Strom umwandelt, den wir dann für unsere täglichen Aktivitäten nutzen können. Wenn wir den Solarzellen Aufbau und ihre Funktion besser verstehen, können wir diese bahnbrechende Erfindung besser einschätzen und selbstbewusst nutzen, was die Sonne zu bieten hat.

FAQs

Wer hat die Solarzelle erfunden?

Die Erfindung der Solarzelle geht auf die Arbeit mehrerer Schlüsselfiguren zurück.

Das Konzept begann mit der Entdeckung des photovoltaischen Effekts durch den französischen Physiker Edmond Becquerel im Jahr 1839. Die erste echte Solarzelle wurde jedoch erst 1883 von dem amerikanischen Erfinder Charles Fritts konstruiert, der Selen mit einer dünnen Goldschicht überzog, um das Gerät herzustellen.

Diese frühe Solarzelle war jedoch nicht sehr effizient. Die Technologie machte 1954 erhebliche Fortschritte, als Wissenschaftler der Bell Labs, darunter Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson, die erste praktische Silizium-Solarzelle entwickelten, die den Beginn der modernen Photovoltaik-Technologie markierte.

Wie hoch sind die Kosten für Solarzellen?

Seit einigen Jahren liegen die Preise für Solarmodule, die aus mehreren Solarzellen bestehen, je nach Typ und Wirkungsgrad der Zellen zwischen 0,75 und 1,50 Dollar pro Watt. In der Regel kosten monokristalline Solarzellen pro Watt etwas mehr als polykristalline Solarzellen.

Wie lange halten Solarzellen?

Solarzellen sind so konzipiert, dass sie sehr langlebig sind und eine lange Lebensdauer haben. Im Durchschnitt haben Solarmodule, die aus mehreren Solarzellen bestehen, eine Lebensdauer von etwa 25 bis 30 Jahren. Für die meisten Solarmodule wird garantiert, dass sie nach 25 Jahren noch mindestens 80 % ihrer ursprünglichen Leistung erbringen.