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Solarzelle

Eine Solarzelle ist die kleinste Einheit eines PV-Moduls und wandelt Sonnenstrahlung in Elektrizität um. Grund dafür ist der photovoltaische Effekt.

Der Photoeffekt

Der Photoeffekt tritt bei Halbleitermaterialien auf und bezeichnet den Vorgang, bei dem durch einfallendes Licht zwischen zwei Elektroden eine Differenz im Potential erzeugt wird, sodass Strom fließt. Die Fähigkeit, einerseits Photonen zu absorbieren und andererseits Teilchen zu produzieren, die eine Ladungsverschiebung verursachen, ist auf Halbleiter beschränkt.

Die Funktionsweise

Eine einzelne, klassische Solarzelle besteht aus zwei Schichten Silizium, wobei die eine mit Bor (p-Schicht), die andere mit Phosphor (n-Schicht) dotiert ist. Die p-Schicht ist wesentlich dicker als die nur wenige Mikrometer dicke n-Schicht. Zwischen den beiden Schichten, am p-n-Übergang, entsteht ein elektrisches Feld.

Gleichzeitig entstehen Elektronen-Loch-Paare. Wenn jeweils Kontakte angebracht werden und der Stromkreis geschlossen wird, entsteht ein Gleichstromfluss.

Von der Solarzelle zum Solarmodul

Die Stromstärke hängt maßgeblich von der Einstrahlung ab, ist aber durch ihren Wirkungsgrad und ihre Größe begrenzt. Deshalb werden mehrere Solarzellen in einem Solarmodul verschaltet. Damit wird auch der Fertigungsaufwand insgesamt geringer gehalten, da die verschalteten Zellen geschützt werden müssen.

Die Größe der einzelnen Solarzellen hängt unter anderem vom Herstellungsverfahren ab. Üblich sind circa 15 x 15 cm (6 Zoll). Es werden dann unterschiedlich viele Solarzellen zu einem Solarmodul zusammengefasst. Meist sind es 4 mal 9 Zellen, sodass ein durchschnittliches Modul 36 oder 72 Solarzellen umfasst.

Im Anschluss an die Verschaltung der Zellen werden sie während der Produktion in eine Kunststoffschicht gegossen und von unten mit einer Folie laminiert. Von oben wird das Modul mit Glas abgedeckt.

Die Verschaltung der Solarzellen

Die Solarzellen werden untereinander mit Lötbändchen verbunden. Um nutzbare Spannungen zu erzeugen, werden die Solarzellen in Reihe geschaltet. Bei einer Parallelschaltung erhöht sich die Stromstärke, die zu Defekten führen kann. Um diesen vorzubeugen, werden zudem sogenannte Bypassdioden antiparallel verschaltet, die den Strom an der defekten Solarzelle „vorbeileiten“. Meist wird aus Kostengründen eine Bypassdiode für mehrere Solarzellen verwendet.

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