Was ist Photovoltaik-Solarenergie?

Zum Zeitpunkt der Energiewende hin zu erneuerbaren und grünen Energien ist die Photovoltaik-Solarenergie von großem Interesse. Viele Technologien werden untersucht. An der Basis befinden sich jedoch der photovoltaische Effekt, Photonen und ein Halbleiter.

Solarenergie ist eine Energie, die in die Kategorie der erneuerbaren Energien fällt, weil sie zumindest im menschlichen Maßstab als unerschöpflich gilt. Es ist eine sogenannte grüne Energie, weil ihre Produktion auch nicht direkt CO2 ausstößt. Um diese Sonnenenergie zu erfassen und umzuwandeln, gibt es verschiedene Technologien. Photovoltaik Solar ist einer von ihnen. Die Idee: Die von den Photonen, aus denen Licht besteht, getragene Energie direkt in Elektrizität umwandeln.

Der photovoltaische Effekt wurde 1839 vom französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. Doch erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts gelang es Albert Einstein, das Phänomen zu erklären.

Solarenergie und Photovoltaikzelle

Das Grundelement der photovoltaischen Solarenergie ist die Photovoltaikzelle: Wenn sie Licht ausgesetzt wird, absorbiert sie die Energie von Lichtphotonen – ein Teil davon. Diese setzen Elektronen in Bewegung, die von einem internen elektrischen Feld erfasst werden. Die auf der Oberfläche der Zelle gesammelten Elektronen erzeugen einen kontinuierlichen elektrischen Strom.

Denn denken Sie daran, dass eine Photovoltaikzelle aus Halbleitermaterialien besteht. Silizium im Wesentlichen heutzutage. Genauer gesagt gibt es zwei Arten von Halbleitern: einen mit einem Überschuss an Elektronen und einen mit einem Defizit an Elektronen. Spezialisten sprechen von Doping. So enthält beispielsweise eine der Schichten der Silizium-Photovoltaik-Solarzelle Phosphoratome – mit einem Elektron mehr als Silizium – und die andere Boratome – mit einem Elektron in weniger. Wenn die beiden Schichten in Kontakt gebracht werden, neigen Elektronen in der Nähe des Übergangs dazu, von der Schicht zu diffundieren, wo sie im Überschuss zur anderen sind. Das Ganze erzeugt ein internes elektrisches Feld, das für das Funktionieren der Zelle wesentlich ist. Wenn die Zelle Photonen einfängt, regen sie Elektronen aus dem Halbleitermaterial an, die dann in Richtung der Übergangszone zwischen den beiden oben genannten Schichten diffundieren. Und es ist das interne elektrische Feld, das sie beschleunigt und an einen externen Stromkreis weiterleitet.

Von Photovoltaikzellen bis zu Sonnenkollektoren

Der erzeugte Gleichstrom kann mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden. Und der erzeugte Strom kann direkt von Haushaltsgeräten genutzt, beispielsweise ins Netz eingespeist oder in Batterien oder anderen Energiespeichersystemen gespeichert werden.

Die Ausgangsspannung einer Photovoltaikzelle ist jedoch niedrig und liegt in der Größenordnung von 0,5 V. Aus diesem Grund werden sie in elektrischen Reihen angeordnet und dann zwischen einer Glasplatte an der Vorderseite und einem anderen wasserdichten Material eingekapselt. Feuchtigkeit auf der Rückseite. Sie bilden somit ein Photovoltaikmodul und schließlich ein Photovoltaik-Solarpanel.