Photovoltaik Funktion - so geht es!

Mit einer Solaranlage auf dem Dach oder im Garten ist für Privathaushalte und Unternehmen eine praktische Möglichkeit entstanden, selbst Energie zu gewinnen. Die Photovoltaik Funktion, bei der durch die Einstrahlung von Sonnenlicht elektrische Energie erzeugt wird, ist für viele Nutzer jedoch nicht verständlich und wird einfach akzeptiert. Im Folgenden soll die Photovoltaik Funktion in einfachen Worten erklärt werden, damit Sie zukünftig wissen, wie genau Ihnen die Sonne bei der Energiegewinnung hilft.

Grundlegendes Wissen rund um die Photovoltaik Funktion
Um das Prinzip der Photovoltaik nutzen zu können, werden ein oder mehrere Solarzellen als technisches Bauteil benötigt. Diese Zellen ermöglichen die Ausnutzung des photovoltaischen Effektes, eines physikalischen Prinzips, das seit fast einem Jahrhundert bekannt ist und im Wesentlichen auf die Forschung Albert Einsteins zurückgeht. Für die Photovoltaik Funktion wird nicht zwangsläufig Sonnenlicht benötigt, grundsätzlich lässt sich der Effekt mit jeder Form kurzwelliger Strahlungsenergie ausnutzen. Zu unterscheiden ist außerdem zwischen klassischen Solarzellen und Solarkollektoren, bei denen neben dem zu beschreibenden Effekt die Wärmeenergie der Sonne genutzt wird. Moderne Photovoltaik-Anlagen bieten eine Kombination beider Effekte.

Wie der photovoltaische Effekt genau funktioniert
Für die Photovoltaik Funktion wird ein Halbleiter benötigt, in der Praxis wird vorrangig auf Silicium vertraut. Aus ihm und metallischen Oberflächen können einzelne Elektronen herausgeschlagen und somit freigesetzt werden, wenn das Material einer kurzwelligen Strahlung wie z. B. Sonnenlicht ausgesetzt wird. Dieses Grundprinzip wird bei modernen Solaranlagen mit dem inneren photovoltaischen Effekt kombiniert, wobei eine spezielle Eigenschaft der Halbleiter ausgenutzt wird. Durch das Herauslösen einzelner Elektronen entsteht ein Elektron-Loch-Paar, wobei dieses eine höhere Leitfähigkeit des Halbleiters im Rahmen einer sogenannten Photoleitung mit sich bringt.

Bei einer modernen Solarzelle, wie Sie in echten Photovoltaik-Anlagen zum Einsatz kommt, wird nach dem beschriebenen Prinzip ein sogenannter p-n-Übergang ausgelöst. Hiermit ist gemeint, dass Bereiche des Halbleiters mit einer entgegengesetzten Dotierung von negativ nach positiv wechseln, was einen Stromfluss auslöst. Das Besondere hierbei ist, dass dieser Stromfluss ausschließlich in eine Richtung stattfindet, was dem Halbleiter seinen Namen verleiht. Dieser Effekt lässt sich fortwährend bei allen Bauteilen der Halbleitertechnik wahrnehmen, so dass es zu einem Stromfluss durch die Photovoltaik Funktion kommt, sobald Sonnenlicht auf den Halbleiter fällt. Das Prinzip wird nicht alleine zur reinen Energiegewinnung genutzt, auch die Diode als elektrisches Bauteil basiert grundlegend auf diesem Prinzip. Mit ihr werden beispielsweise die modernen LED-Lampen realisiert, die deutlich weniger Strom als herkömmliche Glühbirnen benötigen.

Noch mehr Wissenswertes zur Photovoltaik Funktion
Natürlich sorgt eine einzelne Solarzelle nur für einen vergleichsweise geringen Stromfluss, weshalb in der Praxis unzählige Zellen zu größeren Modulen miteinander verbunden werden. Hierbei kommt es zur Reihenschaltung der einzelnen Zellen, die sich technisch mühelos durch das Auflöten von Verbindern zwischen den einzelnen Solarzellen realisieren lässt. Außerdem funktionieren nicht alle Solarzellen auf Basis von Silicium auf die gleiche Weise, der Effekt wurde in den letzten Jahrzehnten von verschiedenen Wissenschaftlern stetig neu erforscht und hat Abwandlungen hervorgebracht. Die grundlegende und eben beschriebene Photovoltaik Funktion ist jedoch allen Umsetzungen gemeinsam und macht den Einsatz von Silicium und anderen Halbleitern unverzichtbar. Die Kopplung mit Sonnenkollektoren zur Wärmegewinnung ist möglich, jedoch kein industrieller Standard.