...nn so das Sonnenlicht in elektrische Energie umandeln.Man kann Licht auch direkt, dass heisst ohne den Umeg ber rme, in elektrische Energie umandeln. Spezielle, geschickt kombinierte Materialien erzeugen bei Belichtung einen nutzbaren Strom. Diese Tatsache bezeichnet man als photovoltaischen Effekt. Die Entdeckung der Photovoltaik geht in das letzte Jahrhundert zurck, als man die Grundlagen der Photographie erforschte. Lange Zeit urde dieser Effekt aber nicht eiter beachtet. Erst in den dreissiger Jahren urden elektronische Elemente zur Nutzung des photovoltaischen Effektes entickelt und patentiert. Solche Bauteile fasst man unter dem Begriff Photoelemente zusammen.Photoelemente, die speziell fr die Stromerzeugung optimiert sind, erden als Solarzellen bezeichnet. Die erste Solarzelle urde 1954 hergestellt und bereits 1958 in einem amerikanischen Satelliten zur Stromversorgung eingesetzt. In der Praxis erden die einzelnen Solarzellen serie- und parallelgeschaltet, damit brauchbare Spannungen und Strme erzeugt erden knnen.Die Sonnenenergie ist unerschpflich. Sie kommt gratis an. An einem strahlenden Tag sind es rund 1 km2 anders gesagt, 1000 Joule in jeder Sekunde auf jeden Quadratmeter.Die Umandlung von Sonnenenergie in Elektrizitt durch Solarzellen hat erhebliche Vorteile. Die Umandlung geschieht praktisch ohne schdliche Nebeneffekte ie Umeltverschmutzung oder Lrm. Auch kommt sie im Prinzip ohne beegliche Teile aus.Die Pakete mit zusammengeschalteten Solarzellen erden Modul, Panel oder auch Solargenerator genannt. Solargeneratoren knnen zu Anlagen jeder Grsse kombiniert erden, von enigen att Leistung fr das tragbare Funktelephon bis zu Krafterken, die einige Megaatt ins Elektrizittsnetz einspeisen. Selbstverstndlich braucht es fr die Nutzung auch entsprechende Steuerungseinrichtungen und Speichermglichkeiten. Die Integrierte Photovoltaik-Demonstrationsanlage Dimbach IPDAD, groste Europas Solarkrafterk ird vom Bundesministerium mit150 000 Euro untersttzt. Es ird eine neuartige echselrichter-Schaltung erprobt, elche den Jahresertrag um ber 7 steigern soll. Das andere Projekt zeigt ie die Umnutzung vorhandener Dachflchen Landirte zu dezentralen Energieversorgern gemacht ird. Das kombinierte Demonstrations- und Forschungsprojekt auf ber 1.000 Quadratmetern Dachflche und mit einer photovoltaischen Gesamtleistung von 123kp dient auch dem Ziel der Bundesregierung, den Anteil der erneuerbaren Energietrger an der Energieversorgung bis zum Jahr 2010 zu verdoppeln. Das Vorhaben soll zeigen, dass durch die Ntzung hoch entickelter Technik in Verbindung mit neuartigen Verfahren ein deutlicher Mehrertrag gegenber herkmmlichen PV-Anlagen erzielt erden kann. Daneben sieht das deutsche Ministerium Chancen, neue Einkommensbereiche fr die Landirtschaft zu erschlieen, die Verluste aus Minderertrgen durch zu lange Sonneneinstrahlung und zu geringe Niederschlge ausgleichen zu knnen. Die Anlage und die darin verirklichten Innovationen sollen auch einen technologischen Grundstein fr die Fernregelung, das Energiemanagement und die Ertragsprognose von Photovoltaik-Anlagen legen. Soll die Photovoltaik ihren Beitrag zur Substitution der fossilen und nuklearen Energietrger leisten, gilt es, ihre Effizienz zu steigern und kostengnstigere Komponenten zu entickeln. Grundschema der IPDAD-Stromschaltungsanordnung Die Anzahl der aktiven echselrichter kann mit Hilfe der Relais variiert erden.Eine Solarzelle ist eine Halbleitender Halbleiter-Diode mit grosser Oberflche und einem dnnen, lichtdurchlssigen n-Halbleiter. Dazu kommen spezielle Anschlsse und eine Anti-Reflexschicht. Oft sind Solarzellen rund. Sie haben dann einen Durchmesser von ca. 6-10cm. Das kommt vom Herstellungsprozess her. Das Silizium stammt aus dem in Flle vorhandenen Quarzsand SiO2. Nach der Reduktion ird es auf verschiedene Arten bestmglichst gereinigt. Halbleiter-Silizium ist der Stoff, der am reinsten hergestellt ird! Anschliessen zieht man aus dem geschmolzenen Silizium zylinderfrmige Einkristalle von eta 10 cm Durchmesser und 50 cm Lnge. Diese schneidet man mit Spezialsgen in dnne Scheiben. Aus Kostengrnden ist die ganze Solarzelle bloss eta 0.2 - 0.5 mm dick. Das Bor fr die p-Dotierung kann bereits beim Herstellen der Einkristalle hinzugefgt erden. enn man die Scheiben erhitzt und einer Phosphor-haltigen Gasatmosphre aussetzt, entsteht der dnne n-Halbleiter an der Oberflche. Er muss so dnn gemacht, damit mglichst viel Licht durch ihn hindurch bis zur Verarmungsschicht vordringen kann. Dnn heisst hier ca. 0.2 um, ein Bruchteil eines tausendstel Millimeters. Zum Vergleich Ein menschliches Haar ist ca. 50 -100 um dick. Der n-Halbleiter ist also eta 500 mal dnner als ein Haar. Die in der Solarzelle freigesetzten Ladungen mssen ir natrlich ber Kontakte egleiten. Auf der Vorderseite befindet sich der Front-Kontakt. Damit viel Licht in den Halbleiter gelangt, soll dieser Kontakt mglichst enig Oberflche abdecken. Er besteht deshalb aus schmalen Streifen aus Silber, die im Siebdruckverfahren aufgebracht erden. Die Rckseite dagegen ist vollstndig mit dem Rck-Kontakt aus Silber bedeckt, damit der elektrische iderstand mglichst gering ird. Der glattpolierte Halbleiter spiegelt hnlich ie ein Metall. Gespiegeltes Licht ist jedoch verlorene Energie. Deshalb ird auf der Frontseite noch eine dnne Schicht aus SiO2, Ta2O3 us. aufgedampft, elche die Reflexion vermindert. Sie ist bloss eta 0.2 um dick, halb so viel ie die Lichtellenlnge. Die Oberflchenbehandlung ist verantortlich fr die bekannte blaue Farbe von guten Zellen. Diese knnen nmlich auch den Blauanteil im Sonnenlicht ausntzen. Das Licht erzeugt in der Verarmungszone des p-n-bergangs ein Elektron-Loch-Paar. Die beiden beeglichen Ladungen erden vom inneren Feld getrennt Ein Elektronen-berschuss entsteht so im n-Halbleiter er ird zum Minus-Pol. Ein Lcher-berschuss, also ein Elektronen-mangel, entsteht im p-Halbleiter dieser ird zum Plus-Pol der neuen Stromquelle. Der innere Photoeffekt kann bekanntlich nur durch Photonen ausgelst erden, die gengend Energie hf besitzen. Das bedeutet, dass das Licht eine gengend hohe Frequenz, respektive eine gengend kurze ellenlnge haben muss. Fr Silizium ist die Energie eta E 10-19 J. Die maximale ellenlnge betrgt demnach rund 1 um. Silizium kann also schon IR-Licht ausnutzen. Die Sonne strahlt jedoch am meisten grnes Licht aus. Beim inneren Photoeffekt ird nicht die ganze Energie des Photons bentigt aus dem Rest entsteht rme. Dies ist ein unumgnglicher Verlust. Sie mssen sich auch vorstellen, dass nicht jedes gengend energiereiche Photon ein Elektron-Loch-Paar erzeugt. Fr den inneren Photoeffekt gibt es bloss eine geisse ahrscheinlichkeit, die vom Material und der Energie des Photons abhngt. Zudem besteht eine reelle Chance, dass getrennte Ladungstrger ieder rekombinieren, bevor sie vom Feld vollstndig getrennt orden sind. Dieser Prozess nimmt mit der Temperatur rasch zu. Im gleichen Masse nimmt der irkungsgrad der Zelle ab. Aus diesen und anderen Grnden h...
Download