Immer mehr Menschen investieren heutzutage in eine Photovoltaikanlage, um von großen Stromkonzernen unabhängiger zu sein. Gleichzeitig wird dabei auch noch die Umwelt geschont und eventuell kann durch das Einspeisen von überschüssiger Energie ins Stromnetz sogar Geld mit einer solchen Anlage verdient werden. Doch wie funktioniert eine solche Photovoltaikanlage überhaupt?

Photovoltaikanlage: Name und Funktion

Das Wort Photovoltaik ist eine Mischung aus dem griechischen Wort für Licht („phos“) sowie des Namens des berühmten Physikers Alessandro Volta. Grundsätzlich wird beim Photovoltaik-Verfahren Lichtenergie mittels der Hilfe von Solarzellen in elektrische Energie umgewandelt. Dabei macht man sich den sogenannten photoelektrischen Effekt zu Nutze, der 1839 vom französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt wurde. Dieser Effekt beschreibt eine Wechselwirkung zwischen dem einfallenden Sonnenlicht und mit Fremdstoffen versehenen Halbleitermaterialien. Als Folge des Effekts werden elektrische Ladungsträger freigesetzt, die durch metallische Kontakte abgeleitet werden. Der dabei entstehende Gleichstrom wird dann anschließend mittels eines Wechselrichters in für das Stromnetz geeigneten Wechselstrom umgewandelt.

Photovoltaik

© iStockphoto/Thinkstock

Funktionsweise einer Solarzelle

Eine Photovoltaikanlage besteht üblicherweise aus vielen einzelnen Solarzellen, die zu sogenannten Solarmodulen zusammengefasst werden und in Reihenform installiert werden. Eine Solarzelle wiederum besteht aus mehreren Halbleitermaterialien. Diese Halbleitermaterialien sind Stoffe, die bei Zufuhr von Hitze oder Licht elektrisch leitfähig werden, bei Kälte jedoch isolieren. Die meisten Solarzellen, die für Photovoltaikanlagen verwendet werden, bestehen hauptsächlich aus Silizium, da dieses ein sehr häufig in der Erdrinde auftretendes Element ist und dazu relativ umweltfreundlich verarbeitet werden kann. Bei der Herstellung einer Solarzelle muss diese dotiert werden, das bedeutet, dass in das Silizium gezielt chemische Fremdelemente eingebracht werden. Dies dient dem Zweck, positive (sogenannte p-leitende Halbleiterschichten) oder negative (sogenannte n-leitende Halbleiterschichten) Ladungsträgerüberschüsse zu erzeugen.
Bei der Bildung von zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten entstehen an den Grenzen sogenannte p-n-Übergänge. Dort baut sich dann ein elektrisches Feld auf, welches die unterschiedlichen Ladungsträger trennt, die bei Belichtung freigesetzt werden. Über Metallkontakte kann der dabei entstehende Gleichstrom nun abgezogen werden und zum Wechselrichter weitergeleitet werden, der diesen in netzfähigen Wechselstrom konvertiert.