Einflussfaktoren und Funktionsweise von Solarzellen

Funktionsweise einer Solarzelle

Solarzellen dienen dazu, Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es wird Lichtenergie dazu verwendet, in den Solarzellen die positive und die negative Ladung voneinander zu trennen. Dadurch entsteht ein Minus- und ein Pluspol in der Solarzelle. Die beiden Pole werden mit einem Motor, dem Solarmotor, miteinander verbunden. Somit fliessen dann die Elektronen vom Minuspol der Solarzelle über den Motor zum Pluspol der Solarzelle. Die Lichteinstrahlung sorgt dafür, dass die Elektronen in der Solarzelle zurück zum Minuspol wandern und somit der Stromkreislauf erhalten bleibt.

Die einzelnen Solarzellen werden in Schaltkreisen zusammengeschlossen zu sogenannten Solargeneratoren, um mehr elektrische Leistung P zu erzeugen. Werden die Solarzellen in Serie bzw. in Reihe geschaltet, kann die Spannung U erhöht werden. Werden die Solarzellen parallel geschaltet, wird dadurch die Stromstärke I erhöht. Da für die Leistung gilt: $P = U \cdot I$ , werden die Solarzellen sowohl parallel als auch in Reihe geschaltet, um die grösstmögliche Leistung zu erzeugen.

Physik; Halbleiterphysik; 1. Sek / Bez / Real; Einflussfaktoren und Funktionsweise von Solarzellen

Einflussfaktoren auf die Effizienz der Solarzelle

Es gibt verschiedene Faktoren, welche sich auf die Leistung bzw. die Effizienz der Solarzellen auswirken.

Bauweise, Material und Montage: Je nach Bauweise und Material wird mehr oder weniger Leistung erzeugt. Solarzellen auf dem Dach sollten im richtigen Winkel, bei einer Dachneigung von ca. 30° und mit einer Ausrichtung zwischen Südost und Südwest, montiert werden. Zudem sollten keine Schatten, beispielsweise von einem grossen Baum, auf die Solarzellen fallen.

Aussentemperatur: Je wärmer es wird, desto geringer ist die erzeugte Leistung. Das heisst, dass im Frühling bei Sonnenschein und kühlem Wetter mehr Energie erzeugt werden kann als im Sommer bei hohen Temperaturen.

Wetter: Ein bewölkter oder nebliger Himmel beeinträchtigen die Leistung. Sind hingegen nur einige weisse Wolken am Himmel, kann die Effizienz sogar steigen, da sie die Strahlen der Sonne streuen und diese dann in geänderten Winkeln auf die Solarzelle treffen.

Alter: Die Solarzellen verlieren mit zunehmendem Alter ihre Effizienz.

Anwendung der Solarzellen

Solarzellen werden bereits vielfältig genutzt. Beispielsweise gibt es Solarbetriebene Handyaufladegeräte, oder Gartenlampen, welche durch Solarzellen betrieben werden. Auch beim Campen können Solarzellen verwendet werden, um so eigenen Strom zu erzeugen. Bereits auf vielen Hausdächern sind Solarzellen anzutreffen, wodurch das Haus mit Energie versorgt werden kann. Ein weiteres Beispiel ist die ISS, die internationale Raumstation, welche mit $3\ 360\ m^2$ grossen Sonnenpaneelen ausgestattet ist. Sie sind halb so gross wie ein Fussballfeld und versorgen die gesamte Station mit elektrischer Energie.

Die Herstellung von Solarzellen ist heutzutage noch recht teuer. Jedoch handelt es sich um eine erneuerbare Energie, das heisst die Energieressource, die Sonne, wird nicht verbraucht, was ein grosser Vorteil der Solarzellen darstellt.