Photovoltaik
Eine Photovoltaikanlage ist ein Kraftwerk, in dem mittels Solarzellen ein Teil der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese direkte Art der Energiewandlung bezeichnet man als Photovoltaik. Demgegenüber arbeiten andere Sonnenkraftwerke (z. B. solarthermische Kraftwerke) über die Zwischenschritte Wärmeenergie und mechanische Energie.
Funktionsweise
Die Solarzellen der Photovoltaikanlage wandeln die absorbierte Lichtenergie in elektrische Energie um. Für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie werden Halbleitermaterialien wie Silizium, Cadmium-Tellurid, Kufper-Indium-Diselenid oder Gallium-Arsenid eingesetzt. Die kristalline Siliziumsolarzelle ist die am häufigsten eingesetzte Solarzelle.
Der Vorgang der Energiegewinnung ist absolut verschleißfrei. Dadurch ist die Lebensdauer von Photovoltaikanlagen theoretisch unbegrenzt, da bei der Stromgewinnung das Material weder abgenutzt oder verbraucht wird. Problematisch gestalten sich hier die Umwelteinflüsse wie Wetterextreme. Mehrere Solarzellen werden miteinander verschaltet und in so genannten Solarmodulen witterungsbeständig eingebettet.
Der Verbund mehrerer Module bildet den Solargenerator.Der im Solargenerator erzeugte Strom wird über Solarkabel zum Netzeinspeisewechselrichter geleitet. Der Wechselrichter ist über entsprechende Schutz- und Vorschaltgeräte mit dem Einspeisezähler verbunden. Die Siliziumsolarzellen setzen sich aus zwei unterschiedlich dotierten Siliziumschichten zusammen. Die zur Sonne zugewandte Schicht ist mit Phosphor negativ dotiert, d.h. hier herrscht ein Elektronenüberschuss (Minuspol), die darunter liegende Schicht ist mit Bor positiv dotiert. Hier herrscht ein Elektronenmangel (Pluspol).
Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich die so genannte Grenzschicht. Diese Grenzschicht dient zur Trennung der freigesetzten Ladungen des Sonnenlichtes. Durch die Grenzschicht wird bei Lichteinfall der Elektronenmangel und Elektronenüberschuss verstärkt. Wenn das Sonnenlicht auf die Photovoltaikanlage trifft, dann werden Ladungen aus dem Material freigesetzt. Durch die Trennung in der Grenzschicht entsteht ein Energiepotential in Form von elektrischer Spannung.
Um den produzierten Strom der Photovoltaikanlage nutzen zu können, sind auf der Vorder- und Rückseite der Solarzellen metallische Kontakte aufgebracht.
