Funktionsweise

Trifft geeignete elektromagnetische Strahlung (Sonnenstrahlen) auf einen Festkörper, so können aus dessen Oberfläche Elektronen freigesetzt werden. Man bezeichnet diese Erscheinung als äußeren Photoeffekt.


Die Besonderheit von Halbleitern ist, dass in ihnen durch zugeführte Energie (elektromagnetische Strahlung/Lichtstrahlen) freie Ladungsträger erzeugt werden können (Elektronen und Löcher, innerer Photoeffekt). Um aus diesen Ladungen einen elektrischen Strom zu erzeugen, ist es nötig, die erzeugten freien Ladungsträger in unterschiedliche Richtungen zu lenken; dies geschieht sehr häufig durch ein internes elektrisches Feld.
Wenn in dieser Zone nun Photonen (Lichtstrahlen) einfallen und Elektron-Loch-Paare erzeugen (innerer Photoeffekt), so werden durch das elektrische Feld die Löcher zum untenliegenden p-Material beschleunigt und umgekehrt die Elektronen zum n-Kontakt auf der (sonnenzugewandten) Oberseite.
Der Photostrom kann direkt von einem Verbraucher benutzt, in einem Akkumulator zwischengespeichert oder mit einem netzgeführten Solarwechselrichter in das Stromnetz eingespeist werden. Die elektrische Spannung bei maximaler Leistung liegt bei den gebräuchlichsten Zellen (kristalline Siliciumzellen) bei etwa 0,5 V. Ähnlich wie bei Batterien, werden nun Zellen hintereinander geschaltet, um höhere Spannungen zu erhalten.

Technische Nutzung

Ein Solarmodul oder Solarpanel wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus Solarzellen, die in Serie oder parallel geschaltet sind.


Solarkollektoren sind am wirksamsten, wenn das Sonnenlicht senkrecht auf die Glasoberfläche auftrifft. Daneben spielen andere Faktoren eine Rolle, die beim boomenden Geschäfte mit Subventionen oft vergessen werden.

Antireflexionsschicht

Durch Reflexion des einstrahlenden Lichts geht ein Teil der Sonnenenergie verloren, der nicht in Stromenergie umgewandelt werden kann. Durch das Auftragen einer Antireflexschicht auf die Siliziumschicht der Solarmodule an der Oberfläche wird der Wirkungsgrad erhöht, da mehr Licht eingefangen, d.h. absorbiert wird. Die Antireflexionsschicht auf den Solarmodulen ist für das typische Erscheinungsbild von Solarmodulen, ihre bläuliche bis schwarze Farbe, verantwortlich. Unbeschichtete Solarzellen sehen dagegen silbrig-grau aus.

Degradation

Die Degradation ist ein weiterer den Wirkungsgrad von Solarmodulen beeinflussender Faktor. Die Degradation beschreibt den Alterungsprozess bzw. das Alterungsverhalten von Solarmodulen. Durch die Alterung verlieren Solarmodule einen Teil ihres Wirkungsgrades.

Ausrichtung des Sonnenmoduls

Theoretisch ist es möglich, das Sonnenmodul mit dem Sonnenstand wandern zu lassen. In der Regel werden Sonnenmodule fest verankert. Dann ist zu beachten

  • Der Sonnenstand ändert sich von Tag zu Tag. Im Sommer steht die Sonne mittags hoch, im Winter niedrig.
  • Der Sonnenstand ändert sich über den Tag von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang.
  • Auf dem Weg durch die Atmosphäre werden ca. 30 % der Strahlen des Lichts reflektiert, absorbiert oder gestreut. Dieser Prozentsatz variiert je nach Länge der Strecke durch die Atmosphäre, also dem Winkel, mit dem das Licht einfällt. Dadurch haben Orte, die nahe am Äquator liegen eine deutlich höhere Strahlungsleistung als Orte nahe den Polen. Bei unterschiedlichem Einstrahlungswinkel entstehen verschieden lange Strecken durch die Erdatmosphäre.
  • Je tiefer die Sonne am Horizont steht, um so länger ist der Weg der Sonnenstrahlen durch die Athmosphäre. Dabei verlieren sie je nach Luftfeuchtigkeit und Luftverschmutzung enorm an verwertbarer Energie.
  • Das Mikroklima in der Region spielt auch eine Rolle.
  • Über den Tag schwanken die Temperaturwerte der Solarplatte enorm. Sie haben Einfluss auf den Wirkungsgrad der Solarzelle und die gemessene elektrische Leistung. Der Wirkungsgrad einer Kristallin-Silizium Solarzelle sinkt etwa um 0.06% pro Anstieg der Temperatur der Solarzelle um 1°C, d.h. erhitzt sich das Modul im Hochsommer auf 50 °C, fällt die theoretisch erzielbare Leistung um 3%.
  • Es gibt mathematische Formeln, die in der Lage sind, die optimale Ausrichtung des Sonnenmoduls für jeden Standort zu berechnen.


Wenn man berücksichtigt, dass Solarmodule nicht nur Energie erzeugen, sondern auch verbrauchen, z. B. bei

  • Gewinnung der Ausgangsstoffe, seltene Erden
  • Transport, Handel, Installation der Elemente
  • Abbau und Entsorung der Elemente
  • ...

und der Betreiber auch Kosten für

  • Zähler, Handel
  • Wartung, Säuberung, Reparaturen
  • Steuern
  • ...

beachten muss, dann lohnt sich diese Art der Energiegewinnung in unseren Breiten nur, weil

  • steuerliche Subventionen fließen
  • die Allgemeinheit weiterhin bereit ist, deutlich erhöhte Stromkosten für den Gewinn einzelner zu bezahlen.


Wenn man bedenkt, dass Stromgroßverbraucher viele Vergünstigungen bekommen, damit sie möglichst noch mehr Strom verbrauchen, erfolgt letztendlich eine Geldumverteilung von den ärmsten der Bevölkerung an die wohlhabenden Eigenheimbesitzer mit Solarzellen und die Industrie.

Da wir diese Art der Energiewende weitestgehend der rot-grünen Politik verdanken, (andere sind aufgesprungen), erklärt sich vielleicht auch der Wählerschwund einmal anders. Er ist berechtigt.