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Photovoltaik - Wissenswertes
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Photovoltaik - Wissenswertes

Entwicklung der Photovoltaik

Die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht wird schon seit Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts praktiziert. Während vieler Jahrzehnte fristete die Technologie ein Schattendasein und begrenzte sich auf Anwendungen in der Raumfahrt oder anderen Projekten bei denen die Kosten für die Stromversorgung eine untergeordnete Rollt spielte. In den letzten Jahren erhielt, zur Hauptsache ausgelöst durch die Förderung des Solarstromes in Deutschland, die Solartechnologie einen erheblichen Entwicklungsschub. Die in Deutschland installierte Solarleistung betrug im Jahr 2005 ca. 2'000 Megawatt (MWp), während bis zum Jahr 2010 über 10'000 MWp installiert wurden. Die Entwicklungsschub der Solarzellen hinsichtlich Wirkungsgrad, Langlebigkeit und Kosten hat die Technologie alltagstauglich gemacht. Sie findet unterdessen auch in der Schweiz eine breite Anwendung und ist in vielen Bereichen unseres Lebens anzutreffen.

Solare Inselanlage - Solare Netzeinspeisung

Bei den Photovoltaikanlagen (Solarstromanlagen) werden zwei unterschiedliche Systeme installiert. Man unterscheidet Solare Inselanlagen und Solare Netzeinspeisung.

Solare Inselanlagen (Photovoltaik Inselanlagen)

Bei den Inselanlagen wird der über das Solarmodul gewonnne Strom mittels Laderegler in einen Akkumulator eingespeist. Der Strom steht dann ab Akkumulator zum Verbrauch zur Verfügung. Diese Inselanlagen werden meist als 12 Volt Systeme betrieben. Es gibt jedoch auch Inselanlagen mit höherer Spannung. Am Akkumulator können dann 12 Volt Verbraucher oder mittels Wechselrichter (Inverter) auch 230 Volt Netzstromverbraucher betrieben werden. Die Solaren Inselanlagen werden an Orten eingesetzt, die nicht über einen Netzstromanschluss verfügen.

Solare Netzeinspeisung (Photovoltaische Netzeinspeisung)

Im Gegensatz zu den Inselanlagen wird der aus dem Solarmodul gewonnene Strom nicht in einem Akkumulator gespeichert sondern mittels Wechselrichter direkt ins 230 Volt AC Stromnetz eingespeist. Das Stromnetz übernimmt hier die Speicherfunktion des Akkumulators. Hierfür werden sogenannte "Netzgeführte Wechselrichter" oder "On Grid Wechselrichter" eingesetzt. Die Einspeisung des Stromes kann direkt über eine Steckdose im Haus erfolgen und reduziert damit den Strombezug vom Netzbetreiber und somit die eigene Stromrechung oder Sie kann über einen zusätzlichen Zähler ins Stromnetz eingespeist werden. Die Einspeisung ins Stromnetz über einen zusätzlichen Zähler wird in der Regel nur bei grösseren Anlagen vorgenommen.

Solarmodul - Monokristalin, Polykristalin oder Dünnschicht (Amorph)?

Grundsätzlich gibt es drei verschieden Arten von photovoltaischen Solarzellen. Diese unterscheiden sich in ihrer Herstellungsweise, den Kosten sowie ihrem Wirkungsgrad.

  1. Monokristalline Solarzellen
  2. Polykristalline Solarzellen
  3. Amorphe Solarzellen bzw. Dünnschichtsolarzellen

Monokristalline Solarzellen

Kristalline Solarzellen dominieren den Markt mit einem Anteil von über 80 Prozent. Monokristalline Photovoltaikzellen sind der „Klassiker“ und "Leistungskönig" unter den Solarzellen, was eine Jahrzehnte lange Erfahrung mit sich bringt. Sie wurden bereits sehr früh in der Raumfahrt erfolgreich verwendet. Sie weisen einen produktabhängigen Wirkungsgrad von 16 bis 20% auf und setzen damit von den derzeitigen Photovoltaikzelltypen die Sonneneinstrahlung am effektivsten um. Die Herstellungstechnik monokristalliner Zellen ist jedoch auch die aufwändigste. Bei dem Verfahren muss das Silizium zunächst eingeschmolzen werden, um einen säulenförmigen Monokristall herstellen zu können. Dies geschieht, indem aus der Siliziumschmelze Einkristallstäbe gezogen werden. Ein erhitzter Siliziumstab dient dabei als Keim, auf dem der Kristall „wächst“. Die resultierenden Kristallstäbe werden daraufhin in einzelne Scheiben (Wafer) geschnitten. Sie stellen die Ausgangsbasis der Solarzellen dar.

Polykristalline Solarzellen

Bei der Herstellung von Polykristallinen Solarzellen wird die Siliziumschmelze einfach in Blöcke gegossen, die nach dem Aushärten zu Scheiben (Wafer) zersägt werden. Insgesamt ein einfacheres und schneller Verfahren, welches die Produktion billiger macht. Jedoch geht hierdurch die einheitliche Kristallstruktur der monokristallinen Solarzellen verloren. Dies ist der Grund für den geringeren Wirkungsgrad und den funkelnden Effekt der Oberfläche. Der Wirkungsgrad von Polykristallinen Solarzellen liegt in der Regel bei 12% bis 16%.

Amorphe Solarzellen oder Dünnschicht Solarzellen

Dünnschichtsolarzellen wurden später als die kristallinen Solarzellen entwickelt und werden auf eine andere Art und Weise hergestellt, was einerseits zu geringeren Herstellungskosten, jedoch auch zu geringeren Wirkungsgraden führt. Der Grund für den geringeren Aufwand bei der Herstellung von Dünnschichtzellen liegt darin, dass keine Siliziumblöcke hergestellt und zersägt werden müssen, wie es bei den kristallinen Formen der Fall ist. Das Halbleitermaterial wird stattdessen in sehr dünnen Schichten direkt auf ein entsprechendes Substrat, wie Glas, Metall oder Kunststoff über eine Gasphase aufgedampft und weist teilweise weniger als ein Hundertstel der Dicke einer kristallinen Zelle auf. Das spart Materialkosten und erfordert weniger Energie. Amorphes Silizium benötigt weiterhin nur eine Verarbeitungstemperatur von etwa 300 °C; im Gegensatz zu kristallinen Zellen, bei deren Herstellung an die 1500 °C nötig sind. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, das Material auf flexiblen Kunststoff als Substrat aufzutragen und dadurch neue Anwendungsgebiete zu erschliessen. So z.B. Rucksäcke, Zelte oder Kleider, in deren Fasern amorphe Siliziumzellen eingearbeitet sind und einfach aufgerollt werden können. Neben diesen Vorteilen haben Dünnschichtzellen aber auch den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrades. Dieser liegt derzeit bei etwa 5% bis 9% und damit deutlich unter dem von kristallinen Zellen. Flexible Solarzellen haben in der Regel sogar einen noch geringeren Wirkungsgrad.

Weitergehende Informationen finden Sie hier: Photovoltaik - Solarzelle - Solarmodul - Inselanlage

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