Photovoltaik

Die direkte Umwandlung von Lichtenergie in Elektrischenergie wird Photovoltaik genannt.

1. Wie funktioniert das?
Der photovoltaische Effekt findet in der Solarzelle statt. Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial.
Ein Halbleiter ist ein Material, welches unter Licht oder Wärme zufuhr elektrisch leitfähig wird. Je höher die Frequenz des Lichtes oder je wärmer sie Temperatur, desto Leitfähiger werden sie für elektrischen Strom.
Die meisten auf der Welt produzierten Solarzellen werden aus dem Halbleiter Silizium hergestellt. Der Vorteil von Silizium ist, dass er als zweithäufigstes Element in der Erdschicht vorkommt und dass es sehr umweltfreundlich Verarbeitet werden kann.
Je nach Produktion werden Silizium Zellen unterschieden:
- Monokristallines Silizium: Werden am häufigsten angewendet. Man kann sie an ihrer gleichmäßigen Oberfläche so wie an ihren runden Ecken erkennen.
- Amorphes Silizium: Wird meist in Taschenrechnern verwendet.
- Solarzellen aus Gallium-Arsenit und Cadmium-Tellurid: Haben einen hohen Wirkungsgrat sind aber auch Giftig.
Polykristallines Silizium: Unregelmäßige Oberfläche
In einer Solarzelle müssen die Elektronen, welche die Photonen des Sonnenlichts freisetzen, zu den Kontakten wandern. Damit sie dies tun, baut man in die Solarzelle ein so genannten p-n Übergang ein. Dazu „dotiert“ man Vorder- und Rückseite der Solarzelle mit einer sehr kleinen Anzahl bestimmter Atome. Dotieren heißt, dass sie mit einem anderen bestimmten Stoff „ausgestattet werden. Auf die eine Seite kommen Phosphor-, auf die andere Seite kommen Boratome. Die Konzentration ist minimal, nur ein Phosphor- bzw. Boratom auf eine Milliarde Siliziumatome. Die mit Phosphor dotierte Schicht nennt man n-Halbleiterschicht, da sich hier später die negativ geladenen Elektronen sammeln, die mit Bor dotierte Schicht wird p-Halbleiterschicht genannt, da hier die positiv geladenen Elektronen hinkommen werden.
Fällt nun Licht auf die Solarzelle, beginnt der photovoltaische Effekt. Die Photonen übertragen ihre Energie auf Elektronen und lösen sie aus ihren Atomen, so dass sie frei beweglich sind. Es entstehen freie Elektronen und Löcher. Durch den p-n Übergang sammeln sich die Elektronen in der n-Halbleiterschicht und die Löcher in der p-Halbleiterschicht. Schließt man nun den Stromkreis, zum Beispiel mit einem kleinen Motor, so fließt Gleichstrom. Um mehr Strom zu erzeugen werden mehrere Solarzellen hintereinander zu einem Solarmodul geschaltet. Viele Solarmodule ergeben eine Photovoltaikanlage.



2. Wo und wie wird es angewendet.
Der erzeugte Strom kann in das Stromnetz eingespeist werden.
Dabei muss hinter die Solaranlage ein Wechselrichter geschaltet werden. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um damit man den Strom ganz normal aus der Steckdose „holen“ kann. Dann wird der Strom direkt ins öffentliche Stromnetz geleitet, vorher wird gezählt wie viel Strom produziert wurde. Den eigenen Strom bezieht man auch von dort.
Der erzeugte Strom kann auch auf einem Akku gespeichert werden, und nur dann genutzt werden wenn er benötigt wird. Dieses System nennt man Inselsystem. Ein Beispiel für ein solches ist der Parkscheinautomat oder ein Solarspielzeug.

3.Vorteile

- Durch die Nutzung von Photovoltaik werden Erneuerbare Energien gefördert.
- Beitrag zur CO2-Emissionsminderung
- Sehr seltene Ausfälle
- Hoher Wirkungsgrad auch bei geringer Sonneneinstrahlung
- Einspeisevergütung (38 Cent pro kWh).
- Unabhängig von steigenden Energiepreisen
- Kann ohne weitere Kosten genutzt werden

juhecomp hat geschrieben:3.Vorteile

- Durch die Nutzung von Photovoltaik werden Erneuerbare Energien gefördert.
- Beitrag zur CO2-Emissionsminderung
- Sehr seltene Ausfälle
- Hoher Wirkungsgrad auch bei geringer Sonneneinstrahlung
- Einspeisevergütung (38 Cent pro kWh).
- Unabhängig von steigenden Energiepreisen
- Kann ohne weitere Kosten genutzt werden

- Solarzellen aus Gallium-Arsenit und Cadmium-Tellurid: Haben einen hohen Wirkungsgrat sind aber auch Giftig.

Polykristallines Silizium: Unregelmäßige Oberfläche

Die mit Phosphor dotierte Schicht nennt man n-Halbleiterschicht, da sich hier später die negativ geladenen Elektronen sammeln, die mit Bor dotierte Schicht wird p-Halbleiterschicht genannt, da hier die positiv geladenen Elektronen hinkommen werden.

Photovoltaik

Die direkte Umwandlung von Lichtenergie in Elektrischenergie wird Photovoltaik genannt.
Entdeckt wurde der dazu führende Effekt von Alexander Bequerel.

1. Wie funktioniert das?
Der photovoltaische Effekt findet in der Solarzelle statt. Bei diesem Effekt werden freie Elektronen, bei Lichteinfall, von den Lichtteilchen gelöst, sofern genügend Energie freigesetzt werden kann. Die Energie eines Photons ist abhängig von seiner Frequenz, je höher diese ist desto höher ist auch die Energie. Blaues oder Lila Licht haben, im Gegensatz zu rotem Licht, eine sehr hohe Frequenz Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial.
Ein Halbleiter ist ein Material, welches unter Licht oder Wärme zufuhr elektrisch leitfähig wird. Je höher die Frequenz des Lichtes oder je wärmer sie Temperatur, desto Leitfähiger werden sie für elektrischen Strom.
Die meisten auf der Welt produzierten Solarzellen werden aus dem Halbleiter Silizium hergestellt. Der Vorteil von Silizium ist, dass er als zweithäufigstes Element in der Erdschicht vorkommt und dass es sehr umweltfreundlich Verarbeitet werden kann.
Je nach Produktion werden Silizium Zellen unterschieden:
ß Monokristallines Silizium: Werden am häufigsten angewendet. Man kann sie an ihrer gleichmäßigen Oberfläche so wie an ihren runden Ecken erkennen.
ß Amorphes Silizium: Wird meist in Taschenrechnern verwendet.
ß Solarzellen aus Galliumarsenid und Cadmium-Tellurit: Haben einen hohen Wirkungsgrat sind aber auch Giftig.

In einer Solarzelle müssen die Elektronen, welche die Photonen des Sonnenlichts freisetzen, zu den Kontakten wandern. Damit sie dies tun, baut man in die Solarzelle einen so genannten pn-Übergang ein. Dazu werden Vorder- und Rückseite der Solarzelle mit einer sehr kleinen Anzahl bestimmter Atome dotiert. Dotieren heißt, dass sie mit einem anderen bestimmten Stoff „ausgestattet“ werden. Auf die eine Seite kommen Phosphoratome, diese Seite nennt man n-Halbleiterschicht, auf die andere Seite kommen Boratome, diese wird p-Halbleiterschicht genannt. Zwischen diesen beiden Schichten bildet sich der pn-Übergang. An diesem Übergang baut sich ein inneres elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung, d.h. eine Trennung der positiv- und negativ- geladenen Elektronen, der bei Lichteinfall freigesetzten Elektronen führt. Über Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird der äußere Kreis geschlossen, das heißt ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fließt ein Gleichstrom.
Um mehr Strom zu erzeugen werden mehrere Solarzellen hintereinander zu einem Solarmodul geschaltet. Viele Solarmodule ergeben eine Photovoltaikanlage.



2. Wo und wie wird das angewendet.
Der erzeugte Strom kann in das Stromnetz eingespeist werden.
Dabei muss hinter die Solaranlage ein Wechselrichter geschaltet werden. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um damit man den Strom ganz normal aus der Steckdose „holen“ kann. Dann wird der Strom direkt ins öffentliche Stromnetz geleitet, vorher wird gezählt wie viel Strom produziert wurde. Den eigenen Strom bezieht man auch von dort.
Der erzeugte Strom kann auch auf einem Akku gespeichert werden, und nur dann genutzt werden wenn er benötigt wird. Dieses System nennt man Inselsystem. Ein Beispiel für ein solches ist der Parkscheinautomat oder ein Solarspielzeug.



3.Vorteile

- Durch die Nutzung von Photovoltaik als erneuerbare Energie werden Umwelt & Ressourcen geschont
- Beitrag zur CO2-Emissionsminderung
- sehr geringer Wartungsbedarf
- nutzbar auch bei geringer Sonneneinstrahlung
- hohe Einspeisevergütung, da Förderung durch EEG (49,21 Cent pro kWh)
- Nach der Installation fallen nur geringe laufende Kosten an