Solarzellen

Solarzellen: Energie durch Photovoltaik

Solarzellen sind wohl jedem ein Begriff. Sie wandeln die Sonneneinstrahlung durch Elektronenanregung in elektrische Energie um. Doch Solarzelle ist nicht gleich Solarzelle! Hier existieren die unterschiedlichsten Typen und Technologien. Das Vegan Strom-Lexikon fasst die gängigsten kurz und bündig für Dich zusammen.

 

Die verschiedenen Arten von Solarzellen

Zur Herstellung von Solarzellen werden Halbleiter benötigt. Hierbei hat sich Silizium als effizientestes Material bewährt. Unterscheiden lassen sich die verschiedenen Zellarten überwiegend hinsichtlich der Materialdicke, doch auch bezüglich der Struktur des Halbleiters. Die verbreitetsten Technologien sind die Folgenden:

Monokristalline Siliziumsolarzellen sind Dickschichtzellen mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad. Dieser liegt im großtechnischen Einsatz bei etwa 25 Prozent. Die Herstellung setzt ein aufwendiges Produktionsverfahren voraus. Ausgangsstoff ist hochreines Silizium. In einer Schmelze entstehen dabei einkristalline Stäbe, die anschließend in dünne Scheiben, sogenannte „Wafer“, zersägt werden. Aus diesen Wafern setzt sich das komplette Solarmodul zusammen. Monokristalline Solarzellen sind zwar teurer in der Herstellung, bieten dafür jedoch einige Vorteile. Mit ihnen ist eine hohe Energieausbeute möglich. Außerdem benötigen sie wenig Platz und besitzen eine lange Lebensdauer.

Polykristalline Siliziumsolarzellen weisen zwar nur einen Wirkungsgrad von etwa 18 Prozent auf, sind jedoch deutlich günstiger in der Herstellung, weswegen sie die insgesamt verbreitetste Art der Technologie sind. Vor allem auf größeren Dachanlagen und in Solarkraftwerken kommen sie zum Einsatz. Das verwendete Silizium ist hierbei nicht ganz so rein wie bei monokristallinen Varianten, dennoch bieten die Zellen das beste Preis-Leistungsverhältnis und die kürzesten Energie-Rücklaufzeiten. Auch bei polykristallinen Zellen handelt es sich um Dickschichtzellen.

Amorphes Silizium findet in Dünnschichtzellen Verwendung. Diese sind vor allem in kleinen Elektrogeräten wie Taschenrechnern verbaut. Der Wirkungsgrad ist dementsprechend gering. Er liegt bei etwa fünf bis sieben Prozent. Durch die Verwendung von Tandem- oder Tripelzellen lässt er sich allerdings steigern. Die Herstellung von Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium ist einfach, sodass selbst im Terawatt-Bereich keine Materialengpässe existieren. Ganz ähnlich werden Dünnschichtzellen aus mikrokristallinem Silizium gefertigt. Hierbei erfolgt jedoch die Verschaltung zweier Zellen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, wobei die obere semitransparent ist, was den Wirkungsgrad auf bis zu 15 Prozent erhöhen kann.

Neben Siliziumsolarzellen existieren noch diverse andere Halbleiterzellen, die sich jedoch nicht oder nur bedingt für den großtechnischen Einsatz oder die kommerzielle Verwendung eignen. So liefern Galliumarsenid-Zellen einen unglaublich hohen Wirkungsgrad (experimentell bis über 40 Prozent), sind jedoch enorm teuer in der Herstellung. Daher kommen sie hauptsächlich in der Raumfahrt zum Einsatz. Auch Cadmiumtellurid– und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Zellen konnten sich aufgrund ihrer Nachteile gegenüber Silizium bislang noch nicht auf dem Markt durchsetzen.

Es existieren außerdem organische Solarzellen aus Kohlenwasserstoffverbindungen, die sich günstig und deutlich nachhaltiger herstellen lassen. Allerdings zeichnen sich diese durch einen recht niedrigen Wirkungsgrad von etwa zwölf Prozent und eine vergleichsweise kurze Lebensdauer aus. Derzeit arbeitet die Forschung daran, ihre Performance zu verbessern. Auch mit Farbstoffzellen, die organische Farbstoffe zur Umwandlung von Licht in Energie nutzen, verhält es sich ähnlich.

 

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