Solarzelle: die Keimzelle der Solartechnik

Eine Solarzelle ist die kleinste Einheit in der Solaranlage, beziehungsweise auf dem Teilgebiet der Photovoltaik. Sie ist in der Lage, das auftreffende Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln. Der folgende Überblick fasst Funktionsweise, Arten, Aufbau und Einsatzbereiche der Solarzelle übersichtlich zusammen.

Der Aufbau der Solarzelle

Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen Schichten. Im Hinblick auf die photoelektrische Wirkung ist das Halbleiterleitermaterial am wichtigsten. Hier wird meistens Silizium verwendet, das in der Erdkruste in großen Mengen vorhanden ist. Es wird in der Solarzelle in zwei verschiedenen Varianten (p- und n-Dotierung) verwendet, die durch eine Grenzschicht voneinander getrennt sind.

Die Antireflexschicht schützt vor Umwelteinflüssen

Oberhalb und unterhalb der Siliziumschicht befinden sich eine negative beziehungsweise positive Elektrode. An der Oberseite ist die Solarzelle zudem mit einer Antireflexschicht bedeckt. Sie sorgt dafür, dass die empfindliche Technik der Zelle vor Einflüssen aus der Umwelt geschützt wird und davor, dass sich die Energieverluste durch die Reflexion des auftreffenden Lichtes minimieren lassen.

So funktioniert die Solarzelle

Die Solarzelle basiert in ihrer Funktionsfähigkeit auf dem photoelektrischen Effekt, der Sonnenlicht in Strom umwandeln kann. Dies geschieht durch das Halbleitermaterial (in der Regel Silizium), das durch den Einfluss von Licht oder Wärme seine Eigenschaften im Hinblick auf die Ladung verändert. Es kommt zu einem positiven beziehungsweise negativen Ladungsträgerüberschuss in den beiden voneinander getrennten Silizumschichten der Solarzelle.

Solarzellen vor blauem Himmel
© VioNet | Fotolia

Auf diese Weise ist die Leitfähigkeit der Siliziumschicht die Grundlage für die Stromerzeugung. Damit der Strom auch genutzt werden kann, sind an der Solarzelle zwei Kontakte angebracht, die über ein Stromkabel die gewünschten elektrischen Geräte mit Energie versorgen können. Wichtig ist dazu lediglich ein Photovoltaik-Wechselrichter, der den gewonnenen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

Arten von Solarzellen

Die Solarzellen werden im Hinblick auf verschiedene Kriterien unterteilt. Die wichtigsten Einteilungskriterien sind:
  • die Dicke des Materials: Dünn- und Dickschichtzellen
  • der verwendete Halbleiter: Silizium oder (seltener) auch Arsenide oder Cadmiumtellurid
  • die Struktur der verwendeten Kristalle: mono- oder polykristallin, amoprh
Amorphe Zellen sind sogenannte Dünnschichtzellen aus Siliziumschicht die sich auf verschiedene (auch flexible) Oberflächen aufdampfen lassen. Bei der mono- und polykristallinen Variante werden nach einer Siliziumschmelze Blöcke oder Stäbe in kleine Scheiben geschnitten. Die klassische Phaotovoltaik, wie man sie beispielsweise auf Hausdächern sieht, arbeitet meist in der polykristallinen Variante. Die folgende Tabelle zeigt die Wirkungsgrade und Einsatzbereiche der drei Arten von Solarzellen im Vergleich. 
SolarzelleWirkungsgradEinsatzbereich
Monokristalline Zellenca. 20 Prozentauf Hausdächern mit wenig Platz oder ungünstiger Ausrichtung/ Neigung
Polykristalline Zellenca. 15 Prozentauf Hausdächer, die sehr gut für eine Photovoltaikanlage geeignet sind 
Amorphe Solarzellenca. 7 Prozentauf großen Flächen, an Fassaden oder auf flexiblen sowie gebogenen Oberflächen

Die Haupteinsatzbereiche

Der klassische Einsatzbereich von Solarzellen sind die Photovoltaik-Anlagen, die man auf Haus- oder Garagendächern, auf Feldern und sogar auf Bushaltestellen erblickt. Die Flächigkeit kommt dadurch zustande, dass die relativ kleinen Solarzellen zu größeren Modulen zusammengeschaltet sind. Solarzellen können also für den privaten, betrieblichen oder öffentlichen Gebrauch genutzt werden.

Stromautark durch Solarstrom

Dabei kann sich der Verbraucher entscheiden, ob er den gewonnenen Strom in das öffentliche Stromnetz einspeist oder die erzeugte Energie aus dem Sonnenlicht selbst für die eigene Versorgung nutzt. Auf diese Weise macht sich der Verbraucher ein Stück weit von den am Markt herrschenden Strompreisen unabhängig. 

Um den Autarkiegrad und die Eigennutzungsrate zu steigern, kommen auch Stromspeicher zum Einsatz. Diese sogenannten Kurzzeitspeicher nehmen den am Tage geernteten Strom auf und geben ihn auch in der Nacht noch an die Verbraucher im Haus ab. Hausbesitzer müssen damit weniger Strom aus dem öffentlichen Netz einkaufen und können ihre Stromkosten spürbar senken. 

Heizung.de Autor Philipp Hermann
Fazit von Philipp Hermann
Solarzellen sind die kleinste Einheit im Hinblick auf die Bauelemente einer Solaranlage. In ihnen werden Lichteinflüsse aus der Sonne in elektrischen Strom umgewandelt. Anschließend wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um, bevor sich dieser im eigenen Haus verbrauchen oder in das öffentliche Netz einspeisen lässt. 
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