In dieser Arbeit geht es um Photovoltaikanlagen. Es werden die verschiedenen Typen und die Anwendungen betrachtet. Darüber hinaus wird einen Einblick in ihre Geschichte und Funktion gegeben.
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Inhaltsverzeichnis
1.
,,Fotovoltaik" / ,,Photovoltaik" Was bedeutet das? ... 3
,,Polykristalline Solarzelle" Was bedeutet das? ... 3
Geschichte der Solarzellen ... 3
2.
Herstellung ... 4
3.
Aufbau ... 5
Polykristalline Solarzellen (die kleinen Bauteile) sind folgendermaßen aufgebaut: ... 5
Solarpaneele (mehrere Solarzellen) sind folgendermaßen aufgebaut: ... 5
4.
Funktion ... 6
5.
Verwendung ... 7
6.
Vorteile ... 8
7.
Nachteile ... 9
8.
Andere Arten von Solarzellen ... 10
Kristalline Solarzelle ... 10
Amorphe Solarzellen ... 10
Organische Solarzellen ... 10
Mikrokristalline Zellen ... 10
TandemSolarzellen ... 11
9.
Quellen: ... 12
3
1. ,,Fotovoltaik" / ,,Photovoltaik" - Was bedeutet
das?
Unter Photovoltaik oder Fotovoltaik versteht man die Umwandlung von Lichtenergie in
elektrische Energie durch Solarzellen. Seit 1958 wird diese Energiequelle genutzt.
Heutzutage kann man Solarzellen fast überall finden: Auf Dächern, an Fassaden, bei
Solarlichterketten, als Solarleuchten im Garten, als Energiequelle für Power-Banks,
bei Taschenrechnern, oder bei E-Autotankstellen. Der Begriff ,,Photovoltaik" leitet sich
aus dem griechischen Wort für ,,Licht" (phos) und aus der Einheit für die elektrische
Spannung Volt (nach Alessandro Volta) ab. Seither war die Abkürzung von
Photovoltaik ,,PV". Doch seit der neuen Rechtschreibreform von 2005, kann man auch
das eingedeutschte Wort ,,Fotovoltaik" und somit auch ,,FV" verwenden.
,,Polykristalline Solarzelle" Was bedeutet das?
Ein Polykristall, auch Multikristall oder Vielkristall genannt, ist ein Festkörper, der aus
vielen kleinen Einzelkristallen besteht. Polykristalline Solarzellen bestehen aus
Silizium, das wiederum aus vielen kleinen Siliziumkristallen besteht.
Geschichte der Solarzellen
Der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel hat im Jahr 1839 den
photoelektrischen Effekt entdeckt. Dieser Effekt wurde weiter erforscht. Albert Einstein
hatte einen großen Anteil an dieser Forschung mit seiner Arbeit zur
Lichtquantentheorie geleistet, die 1905 erschienen ist und durch einen Nobelpreis für
Physik ausgezeichnet wurde. 1954 war es möglich, die ersten Siliziumsolarzellen mit
Wirkungsgraden von bis zu 6 % zu produzieren. Die ersten technischen Anwendungen
wurden ab 1955 bei der Stromversorgung von Telefonverstärkern gefunden.
Seit Ende der 1950er Jahren werden Photovoltaikzellen in der Satellitentechnik
verwendet.
Ausgelöst durch die Ölkrise von 1973/74 und Nuklearunfälle wurde jedoch die
Energieversorgung überdacht. Seit Ende der 1980er Jahre wurde die Photovoltaik in
den USA, Japan und Deutschland intensiv erforscht.
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2. Herstellung
Polykristalline Solarzellen werden aus Silizium, einem Halbleiter, hergestellt. Dieses
kommt in Quarzsand in großen Mengen vor. Silizium ist ein fast unendlich vorhandener
Grundstoff. Um reines Silizium zu bekommen, muss man den Sauerstoff entziehen.
Deshalb wird Quarzsand mit Kohlenstoff auf 1800°C erhitzt. Übrig bleiben nur
Siliziumblöcke, die aus mehreren Kristallen bestehen. Diese werden anschließend
chemisch gereinigt, gekocht und dann destilliert. Danach ist das Silizium so rein, dass
es unter 1 Millionen Siliziumatomen nur noch ein Fremdatom zu finden ist. So ist dieses
Silizium aber nicht für die Stromgewinnung zu gebrauchen. Es ist zu ordentlich.
Deswegen wird es gezielt mit Bor oder Phosphor verunreinigt (dotiert). Als Dotieren
bezeichnet man den Einbau von Fremdatomen in das Atomgitter eines Halbleiters.
Dadurch kann man gezielt die elektrische Leitung in Halbleitern beeinflussen, die
Energie nur unter bestimmten physikalischen Umständen leiten. Dabei muss die
Menge der Verunreinigung exakt stimmen. Die Mischung der Stoffe wird
eingeschmolzen und später als Kristallblock (Ingot) abgekühlt. Dieser wird im kalten
Zustand mit diamantbesetzten Schneidedrähten in hauchdünne Scheiben (Wafer)
zerschnitten. Diese 0.3 Millimeter dicken Wafer sind so zerbrechlich, dass keine
Maschine sie voneinander trennen kann. Deshalb werden sie von Hand in sog.
Reinräumen sortiert. Einen solchen Reinraum darf man nur mit Schutzanzügen
betreten, da der Staub, der jeder an sich hat, die Wafer beschädigen könnte. Die
handgroßen verunreinigten (dotierten) Siliziumscheiben werden nun mit Kontakten
und einer Antireflexionsschicht versehen. Dann wird das mit Phosphor dotierte Silizium
auf das mit Bor dotierte Silizium befestigt. Nun sind die einzelnen Solarzellen fertig.
Die vielen Solarzellen werden zu einem sogenannten Solarpaneel zusammen-gefügt
und anschließend z.B. auf Hausdächern montiert und verkabelt. Man kann die
Solarpaneele in einer Reihenschaltung (Serienschaltung) oder eine seltener genutzte
Parallelschaltung verwenden. Wenn für Solarmodule eine Reihenschaltung genutzt
wird, entsteht eine höhere Spannung, bei einer Parallelschaltung wird ein höherer
Strom erzeugt. Die polykristallinen Solarzellen werden dann in transparentem
Kunststoff eingebettet und mit einer Glasscheibe abgedeckt, um so ein Solarmodul zu
formen. Außerdem bekommt jedes Solarmodul einen Rahmen aus Edelstahl oder
Aluminium. Für die Hälfte der momentan montierten Photovoltaik-Anlagen werden
polykristalline Solarmodule genutzt. Monokristalline oder Dünnschicht Solarzellen
weisen einen geringeren Marktanteil auf.
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3. Aufbau
Polykristalline
Solarzellen
(die
kleinen
Bauteile)
sind
folgendermaßen aufgebaut:
Das, was man von oben von einem Solarmodul sehen kann, ist eine transparente
Schutzschicht aus Glas, die dem Schutz gegen z.B. Hagel und Verschmutzung dient.
Daneben spielt beim Aufbau einer Solarzelle die Abdeckung eine wichtige Rolle, deren
Aufgabe es ist, möglich viel des einfallenden Lichts auf den Halbleiter zu lenken. Diese
Schicht verleiht den Solarzellen ihre Färbung, die von blau bis annähernd schwarz
reicht. Dann kommt die negative Elektrode, die mit dem negativ dotierten Halbleiter
Silizium verbunden ist. Es folgt der Übergangsbereich (pnÜbergang), der zwischen der
negativ dotierten und der positiv dotierte Siliziumscheibe zu finden ist. Die positiv
dotierte Siliziumscheibe ist mit der positiven Elektrode verbunden ist. Unter allem
drunter ist noch der Träger.
Solarpaneele (mehrere Solarzellen) sind folgendermaßen aufgebaut:
Das, was man von oben von einem Solarmodul sehen kann, ist die
Sicherheitsglasabdeckung, die dem Schutz gegen z.B. Hagel und Verschmutzung
dient. Darunter liegt eine transparente Kunststoffschicht (z.B. aus Silikongummi), in
der die handgroßen Solarzellen eingebettet sind. Dann folgen die Solarzellen, die
elektrisch miteinander verschaltet sind. Darunter ist eine Rückseitenkaschierung mit
einer witterungsfesten Kunststoffverbundfolie z. B. aus Polyvinylfluorid und Polyester
befestigt. Es folgt eine Anschlussdose mit Anschlusskabeln und Steckern. Darunter
befindet sich ein Aluminiumprofil-Rahmen zum Schutz der Glasscheibe bei Transport
und Montage.
Ende der Leseprobe aus 12 Seiten
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- Arbeit zitieren
- Simon Baitinger (Autor:in), 2017, Vor- und Nachteile von Photovoltaikanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/431633
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