Regenerative Energie
Das Kernelement einer Solarzelle stellt der Halbleiter dar. Zum Einsatz kommen üblicherweise Siliziumzellen (über 90 %). Solarzellen sind in der Lage, sowohl den Anteil direkter als auch den Anteil diffuser Sonnenstrahlung zu nutzen.
Die Leistung der Solarzelle (Stromstärke I x Spannung U) erreicht zwischen null Stromstärke (Leerlauf) und null Stromspannung (Kurzschluß) ihren Höchstwert MPP (Maximal Power Point). Der MPP ist derjenige Punkt auf der gesamten I-U-Kennlinie, welcher das Maximum für das Produkt aus Stromstärke I und Spannung U aufweist. Die MPP-Leistung bei einer Einstrahlung von 1 kW/m2 und 25 °C stellt die Nennleistung einer Solarzelle dar. Das Verhältnis von MPP-Leistung zu der fiktiven Leistung aus Kurzschluß-Stromstärke und Leerlauf-Stromspannung wird als Füllfaktor bezeichnet und gilt als Qualitätsmaßstab einer Solarzelle (Wert zwischen 0 und 1).
Der Wirkungsgrad von Solarzellen (Verhältnis von MPP-Leistung zu eingestrahlter Lichtenergie) lag bislang etwa bei 15 %, bei neueren Solarzellen etwa 19-23 %. Gängige Solarzellen erzeugen eine Spannung von ca. 0,4-0,8 V mit geringer Strahlungsabhängigkeit und eine Stromstärke von ca. 1-4 A (500-1000 W/m2 Einstrahlung und 100-225 cm2 Fläche). Der erzeugte Strom ist ein Gleichstrom.
Der Wirkungsgrad ist stark abhängig vom verwendeten Halbleitermaterial. So erreichen Zellen aus monokristallinem Silizium ca. 15-17 %, Zellen aus polykristallinem Silizium ca. 13-14 % und Zellen aus amorphem Silizium ca. 6 %. Die Herstellungskosten der Halbleitermaterialien folgen der gleichen Reihenfolge. Generell liegt aufgrund physikalischer Gegebenheiten , wie z.B. des ausnutzbaren Photonenspektrums, der theoretische Maximalwirkungsgrad für die meisten Halbleiter etwa zwischen 28 % und 45 %. Die teilweise in der Presse publizierten Wirkungsgrade für Siliziumzellen von über 20 % beziehen sich auf Ergebnisse in Forschungslabors und nicht auf Serienprodukte von Solarzellen. Eine Spitzenstellung nimmt hierbei das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) mit einem Wirkungsgrad von 23,3 % bei einer monokristallinen Siliziumzelle ein.
Siliziumzellen sind in der Regel quadratisch, mit 10 oder 15 cm Kantenlänge. Die aktive Dicke beträgt üblicherweise ca 0,1 mm.
Für die Zusammenschaltung von Solarzellen zu Solarmodulen bestehen die Möglichkeiten der Reihen- und der Parallelschaltung. Bei der Parallelschaltung werden die Stromstärken addiert und die Spannung bleibt etwa bei der Spannung der Einzelzelle. Die Parallelschaltung ist deshalb unüblich. Bei der Reihenschaltung werden die erzeugten Spannungen addiert und die Stromstärke bleibt etwa bei der Stromstärke der Einzelzelle. Verbreitet sind Module mit 36, 54 oder 108 Solarzellen, die entsprechend bis ca. 100 W Leistung erbringen. Zusammengeschaltete Solarzellen sollten in etwa die gleichen elektrischen Kennwerte aufweisen bzw. aus einer Baureihe sein.
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