Solarzellen - Wunder der Technik

Das Verfahren der Photovoltaik beruht auf dem sogennanten photoelektrischen Effekt, der bereits im Jahre 1839 entdeckt wurde. Niemand geringeres als der berühmte deutsche Physiker Albert Einstein erklärte im Jahre 1905 diesen Effekt und wurde dafür 1921 mit dem Nobelpreis geehrt. Nach vielen Jahren weiterer Forschung und Entwicklung, gelang es 1954 eine erste Generation von siliziumbasierten Solarzellen, mit einem Wirkungsgrad von über 4 Prozent zu entwickeln.

Ende der 1950er Jahre gelang erstmalig die technische Anwendung von Solarzellen in der Satellitentechnik. Der 1958 gestartete Vanguard-1 Satellit, war der erste, der mit Solarzellen ausgestattet war. In den 60er und 70er Jahren des 20ten Jahrhunderts machte diese Technik nenneswerte Fortschritte – hauptsächlich aufgrund der großen Nachfrage des Raumfahrtsektors. In den 1970er Jahren – getrieben von der zu dieser Zeit herrschenden Energiekrise und dem gesteigertem Umweltbewusstsein – begann auch die Politik, diese Technologie auch wirtschaftlich interessanter zu machen. Dieser Prozess hält bis heute an.

Technik der Solarzellen

Solarzellen können nach mehreren verschiedenen Kriterien kategorisiert werden. Das häufigste Merkmal zur Unterscheidung, ist die Dicke des Materials, wobei zwischen Dickschicht und Dünnschicht unterschieden wird. Weiters kann die Kategorisierung anhand des verwendten Materials unterschieden werden. Derzeit noch am häufigsten anzutreffen sind Solarzellen auf Siliziumbasis. Andere Materialien sind Halbleiter, wie CdTe, GaAs oder CulnSe. Die Kristallstruktur der verwendeten Materialen kann kristallin oder auch amorph sein. Weitere Ansätze sind organische Solazellen oder Farbstoff-Solarzellen.

Das einfallenden Licht in Form von Photonen erzeugt am Übergang des Halbleitermateriales ein Elektronen-Loch-Paar (sog. Freie Ladungsträger). Damit aus den Ladungen, fließender, elektrischer Strom gewonnen werden kann, müssen die Ladungen in verschiedene Richtungen gelenkt werden. Vereinfacht gesagt, findet eine Ladungstrennung statt. Getrennte Ladungen tendieren dazu, sich anzuziehen und damit zu “fließen”. Das was dann fließt, ist Strom. Dieser Prozess erfordert ein internes elektrisches Feld. Da der resultierende Strom als Gleichspannung vorliegt, kann er nicht direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden, sondern muss durch Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden. Alternativ dazu kann der resultierende Strom auch in Akkumulatoren gespeichert oder direkt an einen Verbraucher weitergleitet werden.

Die Haltbarkeit von modernen Solarzellen liegt im Schnitt bei etwa 20 bis 30 Jahren, der durchschnittliche Wirkungsgrad liegt bei etwa 20 %. Sowohl Haltbarkeit als auch der Wirkungsgrad hängt starkt von den verwendeten Baumaterialien und der Bauform ab. Der unschlagbare Vorteil dieser Technologie liegt in der nahezu unbegrenzten Verfügbarkeit von Sonnenlicht. Die Kosten der Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage amortisiert sich innerhalb weniger Jahre. Ab diesem Zeitpunkt kostet der selbstverbrauchte Strom nichts mehr und der Haushalt ist als autonom gegenüber den Stromversogern anzusehen.

Hier beschäftigen wir uns ausführlich mit dem Thema Solarzellen. Solarzellen sind eine der Schlüsseltechnologien um die Kraft der Sonne, zur Herstellung von grünem Strom nutzbar zu machen.

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