Photovoltaik
 

Was ist Photovoltaik?

Unter dem Begriff Photovoltaik (auch Fotovoltaik geschrieben) versteht man die Umwandlung von Lichtenergie (Sonnenlicht) in elektrische Energie (Strom) in regenerativer Weise. Dies bedeutet, dass bei dem reinen Erzeugungsprozess keinerlei Energiezufuhr außer der Sonnenenergie benötigt wird. Hierzu sind mehrere Komponenten notwendig.

Zunächst benötigt man möglichst direkte Sonnenstrahlung. Diese Strahlung entsteht durch Atomverschmelzung auf der Sonne und setzt sich aus spürbarer Strahlung (= Wärmestrahlung), unsichtbarer Strahlung (= UV-Strahlung) und sichtbarer Strahlung (= Sonnenlicht) zusammen. Für den Photovoltaikeffekt ist das Sonnenlicht wichtig. Es besteht aus vielen kleinen Teilchen, den Photonen.

Als zweite Komponente benötigt man Silizium. Silizium ist nichts anderes als geschmolzener Quarzsand. Der geschmolzene Sand wird bei diesem Vorgang von Sauerstoffanteilen befreit (durch Beimischen von Holzkohle). Man erhält hierdurch Rohsilizium, welches anschließend erst gereinigt und danach mit Bor künstlich verunreinigt (dotiert) wird. Danach wird das mit Bor dotierte Silizium zu sogenannten Wafern verarbeitet. Wafer sind hauchdünne, circa 125 x 125 mm große Siliziumscheiben, welche später für die Stromgewinnung zu Modulflächen zusammengefügt werden.

Auf einer Seite der Wafer wird eine Phosphatschicht eingeschmolzen, so dass an dieser Oberfläche des Siliziumwafers eine zweite dotierte Schicht (Ebene) entsteht. Über diese Schicht wird eine Antireflexionsschicht aufgebracht, die die Rückstrahlung des Sonnenlichts verhindert. Es ergeben sich letztlich zwei unterschiedlich geladene (dotierte) Ebenen innerhalb der Siliziumschicht, eine negativ geladene (Phosphat dotiert / Atom mit fünf Elektronen) und eine positiv geladene Schicht (Bor dotiert / Atom mit 3 Elektronen).

Trifft nun ein Photon (Sonnenlicht) auf ein Elektron und wirft es aus seinem Gefüge, gelangt es über den sogenannten Positiv-Negativ-Übergang (PN-Übergang) auf die negativ geladene Ebene. Es entsteht eine elektrische Spannung. Damit ein Strom fließen kann, müssen nun diese Ebenen wieder mit einem Elektrischen Leiter miteinander verbunden werden und zwar von der Negativseite über ein Leiter-Gitternetz auf die Positivseite (Rückseite). Über diesen Weg gelangen die von der Positiv- zur Negativseite geschleuderten Elektronen wieder in Ihre Grundordnung zurück. Hierbei fließt ein Strom, der abgegriffen wird. Der Vorgang wiederholt sich, solange die Lichtstrahlung auf die Siliziumscheibe auftrifft.

Bei dem beschriebenen Photovoltaikeffekt verbraucht sich das Silizium nicht, sondern nur das Photon.

Der Strom, der hier entsteht, ist Gleichstrom. Dieser wird in der Regel über Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt, damit er für uns besser anwendbar ist.