Photovoltaik-Info

Zukunftsaussichten

admin — Mon, 21 Sep 2009 20:24:30 +0000

Die Zukunft der Solarzellen sieht vielversprechend aus. Es sind einigeFaktoren, die weiter optimiert, beziehungsweise erneuert werden könnten.Einer dieser Faktoren wäre die Oberflächenstrukturierung. Durch den Aufbau
von Zelloberflächen in Pyramidenstruktur könnte man das einfallende Lichtmehrfach nutzen und dadurch Reflexionsverluste vermeiden.Des weiteren wird versucht, verschiedene Halbleitermaterialien übereinander
anzuordnen, um so einen größeren Spektralbereich des Lichtes nutzen zukönnen.Ebenfalls wäre es auch eine Möglichkeit, den p-n-Übergang durch eine dünneOxidschicht zu ersetzen, um das elektrische Feld zu verstärken.

Unterschiedliche Zelltypen

admin — Mon, 21 Sep 2009 20:23:15 +0000

Je nach Kristallart unterschiedet man grundsätzlich in 3 verschiedeneZelltypen:

Mono-kristallin, Poly-kristallin und Amorph.Bei der Herstellung von Mono-kristallin wird hochreines Halbleitermaterialbenötigt. Aus den Siliziumschmelzen werden einkristalline Stäbe hergestelltund danach in dünne Scheiben gesägt. Durch dieses Herstellungsverfahrenerhält man hohe Wirkungsgrade, daher wird es häufig zur Stromversorgungvon Raumstationen und Satelliten eingesetzt.Eine kostengünstigere Variante ist die Herstellung von Poly-kristallin.Flüssiges Silizium wird hierbei in Blöcke gegossen und anschließend inScheiben gesägt. Sobald das Material erstarrt, bilden sich unterschiedlichgroße Kristallstrukturen, bei denen die Grenzen leichte Defekte aufweisen.

Die Amorphen oder auch Dünnschichtzelle genannt, bestehen aus Glas, Folieoder Metall, auf das eine sehr dünne Siliziumschicht aufgetragen wird. DieSchichtdicke beträgt hierbei wenige tausendstel Millimeter. Allein durch diegeringe Verwendung des Materials Silizium lassen sich so dieProduktionskosten gering halten. Der Wirkungsgrad dieser Zellen liegt jedochbislang weit unter den anderen beiden Zelltypen, so dass die Amorphen
häufig nur in Taschenrechnern und Armbanduhren verwendet werden.

Aufbau und Funktionsweise

admin — Mon, 21 Sep 2009 20:20:27 +0000

Derzeit bestehen rund 90-95 Prozent aller Solarzellen aus Silizium. DiesesMaterial ist zweitgrößter Bestandteil der Erdrinde und kommt daher sehrhäufig vor. Doch liegt es meist nicht in reiner kristalliner Form (SiliziumAtome in sehr gleichmäßigen Abständen zueinander) vor, sondern ist oft mitQuarzgestein oder Quarzsand versehen. Deshalb wird es industriellweiterverarbeitet um hochreines Silizium zu gewinnen. Jedoch wird dafürsehr viel Energie benötigt. Dadurch wird der Rohstoff in der Endproduktionteuer.

Silizium ist ein Halbleitermaterial, das bei Zufuhr von Wärme oder Lichtelektrisch leitfähig wird, während es bei tiefen Temperaturen isolierend wirkt.Bei der Herstellung der Solarzelle wird das Halbleitermaterial dotiert. Dabeiwerden chemische Elemente definiert eingebracht. Entweder wird einLadungsträgerüberschuss (n-Halbleiterschicht) oder ein positiverLadungsträgerüberschuss (p-Halbleiterschicht) erzielt. Die Grenzschicht

zwischen dem negativen und positiven Material bezeichnet man als p-nÜbergang.An dem p-n-Übergang baut sich ein elektrisches Feld auf, wodurch es zueiner Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträgerkommt. Diese Spannung wird über Metallkontakte abgegriffen. Ist an dieSolarzelle ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, so bildet sich einelektrisch geschlossener Stromkreis.Patrick Pillat Seite 6 von 17
Dabei ist besonders festzuhalten, dass dies lediglich innere energetischeZustandsänderungen sind und es daher kaum zu Verschleiß und Abnutzungkommt. Die Solarzelle kann deshalb auch über längere Zeit im Kurzschluss
oder Leerlauf betrieben werden, ohne dabei einen Schaden zu nehmen.

Zukünftige Energiekosten

admin — Fri, 18 Sep 2009 20:04:42 +0000

Die Energiekosten in der Zukunft lassen sich nur schwer abschätzen. Blickt man allerdings einige Jahre zurück und vergleicht die Preise mit den heutigen, stellt man sehr schnell einen enormen Anstieg fest. Gas und Öl sind fossile Brennstoffe, die sicht nicht wieder schnell erneuern. Abb. 1.3 Funktionsweise einer netzgekoppelten Photovoltaik-Anlage In rund 35 Jahren ist der Preis für Öl und Gas um das Fünffache gestiegen und die Strompreise haben sich verdreifacht. Bislang konnte man die Öl- und Gaspreise durch neue Funde und Förderungen ein wenig abbremsen. Auf lange Sicht wird dies jedoch nicht mehr möglich sein, da die Ressourcen mit der Zeit immer mehr aufgebraucht werden. Des weiteren schädigt der CO2 Ausstoß das Klima, die Natur und Umwelt. Aus diesem Grund wurde das Erneuerbare-Energien-Gesetz beschlossen. Es soll die Natur und Umwelt schützen, Konflikte über fossile Energieressourcen
vermeiden und die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien fördern.
Zusätzlich möchte man den Anteil erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2010 auf mindestens 12,5 Prozent und bis zum Jahr 2020 auf mindestens 20 Prozent steigern.

Anwendung

admin — Fri, 18 Sep 2009 20:01:06 +0000

Nachdem der Test, Satelliten mit Siliziumsolarzellen auszustatten, ein Erfolg war, wurde die Photovoltaikzelle die Lösung für die elektrische Energieversorgung der Satelliten.
Durch die hohen Herstellungskosten in der Anfangszeit blieb der Anwendungsraum zuerst sehr beschränkt. Doch mit der Ölkrise im Jahr 1973 hatte sich einiges verändert. So wurden erste Untersuchungen für eine Nutzbarkeit und Wirtschaftlichkeit durchgeführt. Daraufhin wurden größere Pilotanlagen errichtet um einen Versuch in diesem neuen Gebiet zu starten und weitere Entwicklungen in Gang zu bringen.
Heutzutage werden zur elektrischen Energieversorgung große Inselanlagen an abgelegenen Standorten in Äquatornähe verwendet. Sie finden jedoch auch weiter vom Äquator entfernt Anwendung auf Schallschutzwänden, Parkscheinautomaten, Lampen im Garten und privaten Dächern.

Die Geschichte

admin — Fri, 18 Sep 2009 19:56:33 +0000

Der Begriff Photovoltaik setzt sich aus „Photo“, welches ursprünglich aus dem altgriechischen stammte und „Licht“ bedeutet und dem Wort „Voltaik“, das nach dem Physiker Alessandro Volta benannt wurde zusammen.
Der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel stellte erstmals im Jahre 1839 fest, dass unter Einfluss von Sonnenlicht Batterien eine längere Lebensdauer erhalten und sobald Sonnenlicht auf eine Silberelektrode in einem Elektrolyt trifft, eine Spannung entsteht. 1873 brachte Willoughby Smith weitere Erkenntnisse, indem er Ergebnisse einer Untersuchung über die elektrische Eigenschaft von Selen bei Lichteinfall veröffentlichte. Durch seine
Ergebnisse nahmen viele die Forschung zu diesem Gebiet auf. Daraufhin fanden William Grylls Adams und
Richard Evans Day 1876 heraus, dass Licht einen Elektrizitätsfluss in einem Festkörper verursacht.

Schließlich wurde 1954 in den USA die erste Siliziumsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von etwa 5% entwickelt und im Weltraum zur Energieversorgung getestet.