Solarzellen: Wie sie funktionieren und was Sie wissen sollten

Das Bewusstsein für erneuerbare Energien und der Photovoltaik hat sich in den letzten Jahren stark verändert. Die Energiewende und der Klimawandel haben dazu beigetragen, dass sich immer mehr Menschen für Solarenergie interessieren. Eine der Schlüsseltechnologien für die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie sind Solarzellen. In diesem Artikel erfahren Sie, wie Solarzellen funktionieren, welche Arten von Solarzellen es gibt und was bei der Installation einer Photovoltaikanlage zu beachten ist.

Wie funktionieren Solarzellen?

Eine Solarzelle ist ein Halbleiter, der Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. Dieser Prozess basiert auf dem photoelektrischen Effekt, bei dem Elektronen durch den Einfall von Photonen aus ihrem Bindungszustand gelöst werden. Ein Teil dieser freien Elektronen fließt durch einen externen Stromkreis und erzeugt eine elektrische Spannung.

Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium, einem Halbleitermaterial, das Elektronen in einem bestimmten Bereich aufnehmen und abgeben kann. Es gibt zwei Arten von Solarzellen: kristalline und amorphe Solarzellen. Kristalline Solarzellen werden aus hochreinem Silizium hergestellt und sind in der Regel effizienter als amorphe Solarzellen, die aus dünnen Schichten von Silizium oder anderen Materialien bestehen.

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die sich in Wirkungsgrad, Kosten und Anwendungsbereichen unterscheiden. Die wichtigsten Arten von Solarzellen in der Photovoltaik sind:

• Kristalline Solarzellen: Diese Solarzellen werden aus hochreinem Silizium hergestellt und sind in der Regel effizienter als amorphe Solarzellen. Sie sind auch teurer, haben aber eine längere Lebensdauer und eignen sich besser für den Einsatz in großen Solaranlagen.
• Amorphe Solarzellen: Diese Solarzellen bestehen aus dünnen Schichten von Silizium oder anderen Materialien und sind in der Regel billiger als kristalline Solarzellen. Sie haben jedoch einen geringeren Wirkungsgrad und sind eher für den Einsatz in kleinen Solaranlagen geeignet.
• Dünnschicht-Solarzellen: Diese Solarzellen bestehen aus einer dünnen Schicht von Halbleitern wie Kupfer-Indium-Gallium-Selenid oder Cadmium-Tellurid. Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Solarzellen, sind aber kostengünstiger und können auf flexible Materialien wie Kunststoffe aufgebracht werden.
• Mehrfachsolarzellen: Diese Solarzellen bestehen aus mehreren Halbleiterschichten und können ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts absorbieren. Sie sind in der Regel teurer, aber auch effizienter als kristalline Solarzellen.

Was Sie bei der Installation einer Solaranlage beachten sollten

Wenn Sie eine Solaranlage installieren möchten, sollten Sie einige wichtige Punkte beachten. Hier sind einige der wichtigsten Dinge, die Sie vor der Installation einer Solaranlage beachten sollten:

• Standort: Der Standort der Solaranlage ist ein wichtiger Faktor für ihre Effizienz. Die Solaranlage sollte möglichst auf einer Fläche installiert werden, die den ganzen Tag über Sonnenlicht erhält. Hindernisse wie Bäume oder Gebäude können den Lichteinfall beeinträchtigen und die Leistung der Solaranlage verringern.
• Ausrichtung: Die Solaranlage sollte optimal zur Sonne ausgerichtet sein, um möglichst viel Sonnenlicht zu absorbieren. In Deutschland ist eine Ausrichtung nach Süden am effektivsten.
• Neigungswinkel: Der Neigungswinkel der Solaranlage sollte entsprechend dem Breitengrad des Standortes eingestellt werden, um möglichst viel Sonnenenergie zu absorbieren. In Deutschland liegt der optimale Neigungswinkel zwischen 30° und 35°.
• Größe der Solaranlage: Die Größe der Solaranlage hängt vom Strombedarf ab. Eine größere Solaranlage produziert mehr Strom, ist aber auch teurer. Es ist wichtig, den Strombedarf Ihres Haushalts oder Unternehmens zu kennen und die Solaranlage entsprechend zu dimensionieren.
• Kosten: Eine Solaranlage kann eine beträchtliche Investition sein, die sich aber langfristig durch die eingesparten Stromkosten bezahlt macht. Vergleichen Sie die Kosten und Angebote verschiedener Solaranlagen und prüfen Sie, ob Sie staatliche Zuschüsse oder Subventionen erhalten können.
• Wartung: Solaranlagen sind in der Regel wartungsarm, aber es ist wichtig, die Anlage regelmäßig zu überprüfen und zu reinigen, um ihre Leistung zu maximieren. Überprüfen Sie auch regelmäßig die Kabel und Anschlüsse, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren.
• Qualität: Achten Sie darauf, qualitativ hochwertige Solarzellen und Komponenten zu verwenden, um sicherzustellen, dass Ihre Solaranlage zuverlässig und effizient funktioniert. Vertrauen Sie dabei auf renommierte Hersteller und Händler.

Die Leistung einer Solarzelle

Die Leistung einer Solaranlage wird üblicherweise in Watt peak (Wp) oder Kilowatt peak (kWp) angegeben. Dabei beschreibt der kWp-Wert die maximale Leistung, die unter genormten Testbedingungen (1000 W/m2 Einstrahlung, 25°C Modultemperatur, 1,5 Luftmasse) erreicht wird. Dieser Wert dient dem Vergleich der Leistung von Solaranlagen untereinander und ist kein Durchschnitts-, Minimal- oder Maximalwert. Die Leistung einer Solaranlage kann durch Faktoren wie Bewölkung oder Erwärmung der Solarzellen beeinflusst werden. In Deutschland kann eine Photovoltaikanlage mit 1 kWp (entspricht einer Modulfläche von 7-8 m²) etwa 800 bis 1000 kWh Strom pro Jahr erzeugen, wobei in Süddeutschland bei optimaler Ausrichtung auch höhere Werte erreicht werden. Im Durchschnitt verbraucht ein Vier-Personen-Haushalt in Deutschland etwa 4.000 kWh Strom pro Jahr. Eine gut geplante Solaranlage kann also einen beträchtlichen Teil des Strombedarfs eines Haushalts decken und damit zu einer erheblichen Einsparung bei den Stromkosten beitragen.

Allerdings ist zu beachten, dass die Leistung einer Solaranlage von vielen Faktoren abhängt, wie z.B. der Ausrichtung und Neigung der Module, dem Standort, der Verschattung durch umliegende Objekte und der Qualität der Solarzellen. Es ist daher ratsam, eine professionelle Beratung in Anspruch zu nehmen und die Installation einer Solaranlage von einem erfahrenen Installateur durchführen zu lassen.

Was kostet eine Solarzelle?

Der Preis einer Solarzelle hängt vor allem von ihrer Art ab. Aber auch externe Faktoren wie die Marktsituation und die Preise für Rohstoffe können den Preis beeinflussen. Um den Preis für eine Solarzelle zu bestimmen, kann man sich an den Preisen für Solarpanele orientieren. Dabei wird in der Regel von einem Solarpanel mit 50 bis 60 Solarzellen ausgegangen.

Reihen- und Parallelschaltung

In der Solarzellentechnologie gibt es zwei Schaltungsarten: die Parallelschaltung und die Reihenschaltung. Bei der Parallelschaltung haben alle Solarzellen die gleiche Spannung und die Ströme addieren sich zu einem Gesamtstrom. Im Gegensatz dazu ist bei der Reihenschaltung der Strom in allen Solarzellen gleich, aber die Spannungen der einzelnen Zellen addieren sich zu einer Gesamtspannung.

Ein weiteres wichtiges Thema bei der Planung von Photovoltaikanlagen ist der Einsatz von Bypassdioden. Diese kommen zum Einsatz, wenn Teile der Solarzelle im Schatten liegen und somit den Stromfluss behindern. Die Bypass-Diode ermöglicht es, den Strom an dem verschatteten Teil vorbeizuleiten und so den Ertrag des gesamten Moduls zu erhöhen. Zu beachten ist jedoch, dass bei älteren Solarzellen durch längere Verschattung ein sogenannter Hot Spot entstehen kann, der die Zelle schädigt. Aus diesem Grund ist es wichtig, qualitativ hochwertige Solarzellen zu verwenden und bei der Planung der Anlage darauf zu achten, dass diese möglichst wenig verschattet wird.

Wann werden monokristalline Zellen genutzt?

Monokristalline Solarzellen sind der Klassiker unter den Solarzellen und wurden bereits in den ersten Solarmodulen für die Raumfahrt eingesetzt. Sie haben mit 14 bis 18 Prozent einen etwas höheren Wirkungsgrad als die weit verbreiteten multikristallinen Module (12 bis 16 Prozent). Allerdings ist der Herstellungsprozess sehr energieintensiv, weshalb monokristalline Zellen teurer sind als ihre polykristallinen Schwestern.

Trotz des höheren Preises haben monokristalline Solarzellen den Vorteil, dass sie auf einer kleineren Fläche eine höhere Leistung erzielen. Außerdem sind sie optisch ansprechender und eignen sich gut für den Einsatz auf Dächern von Privathäusern oder öffentlichen Gebäuden. Die Entscheidung für eine bestimmte Art von Solarzellen hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, wie dem verfügbaren Budget, dem Platz für die Installation der Zellen und den individuellen Anforderungen an die Leistung und Ästhetik der Anlage.