Das Thema Nachhaltigkeit gewinnt auch in Deutschland immer mehr an Bedeutung. Ein großer Faktor, der die Menschen hierzulande beschäftigt, ist die Frage nach einer effizienten und kostengünstigen Stromgewinnung. Ein Teil der Lösung stellt dabei der Einsatz von Photovoltaikanlagen dar, die auch im privaten Bereich immer beliebter werden.
Doch nur wenigen Menschen ist bewusst, welche Technologie eigentlich hinter einer Photovoltaikanlage steckt. In diesem Artikel möchten wir Ihnen deshalb zunächst den Aufbau und die Funktion einer Solarzelle näherbringen. So können Sie genau verstehen, wie die Strahlung der Sonne genutzt werden kann, um Strom für unseren Gebrauch zu gewinnen.
Was ist eine Solarzelle?
Unter der Solarzelle versteht man das kleinste Bauteil im Aufbau eines Solarmoduls. Viele Solarzellen setzen sich also zu den großen Modulen zusammen, die Sie auf den Dächern und Freiflächen finden können. Eine Solarzelle ist so aufgebaut, dass hier der Prozess stattfinden kann, bei dem Sonnenlicht durch den sogenannten photovoltaischen Effekt in elektrische Energie umgewandelt wird.
Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die unterschiedlich aufgebaut sind und sich je nach Anwendungsfall besser oder schlechter eignen. Monokristalline Solarzellen bestehen beispielsweise aus reinem Silizium und sind daher recht teuer in der Herstellung, dafür aber höchst effizient bei direkter Sonneneinstrahlung.
Polykristalline Solarzellen hingegen sind in ihrer Produktion günstiger und umweltfreundlicher, da sie nicht aus reinem Silizium bestehen.
Auch die Herstellung amorpher Solarzellen gilt als unkompliziert und preiswert. Ihr besonderer Vorteil liegt darin, dass sie sehr flexibel und damit in verschiedenen Formen einsetzbar sind.
Eine Solarzelle hält durchschnittlich 20 bis 30 Jahre. Da sich die Technologie dahinter stetig weiterentwickelt, werden die Solarzellen dann oft durch neue, effizientere ersetzt. Solarzellen kommen auch nicht ausschließlich in Photovoltaikanlagen zum Einsatz. Als portable Solarzellen kennt man sie außerdem in Taschenrechnern, Gartenleuchten oder solarbetriebenen Powerbanks für das Smartphone.
Die klugen Köpfe hinter der Solarzelle
Die Erfindung der Solarzelle, wie sie heute aufgebaut ist, haben wir nicht einer einzelnen Person zu verdanken. Insgesamt waren an diesem Prozess, der sich über mehr als ein Jahrhundert erstreckt, drei kluge Köpfe beteiligt.
Die Idee, dass Strom aus Sonnenenergie gewonnen werden kann, hatte erstmals der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839. Er war der Erste, der den photovoltaischen Effekt entdeckte, als er feststellte, dass Batterien, die in der Sonne liegen, plötzlich eine höhere Leistung zeigen.
Als etwa vierzig Jahre später auffiel, dass Selen unter Sonneneinstrahlung elektrische Energie erzeugt, hat sich der Erfinder Charles Fritts diese Erkenntnis zunutze gemacht und baute im Jahr 1883 die erste funktionsfähige Selen-Solarzelle. Bereits ein Jahr später wurde die erste Solaranlage mit solchen Zellen auf einem Dach in New York installiert.
Die Halbleiter-Technologie, wie sie im Aufbau moderner Solarzellen zum Einsatz kommt, wurde erstmals Mitte des 20. Jahrhunderts erforscht. Hauptakteur war hier Gerald Pearson, der unter dem Dach der Firma Bell Labs gearbeitet und die erste einsetzbare Siliziumzelle auf den Markt gebracht hat. Diese hatte damals bereits einen Wirkungsgrad von knapp 6 % – inzwischen erreichen Solarzellen einen Wirkungsgrad von bis zu 25 %.
Der Begriff „Photovoltaik“ setzt sich übrigens aus dem griechischen Wort für Licht – „Photos“ und der Einheit für Strom – Volt – zusammen. Durch die Bezeichnung soll die Funktion der Solarzelle verdeutlicht werden, in der Licht und elektrischer Strom zusammengebracht werden.
Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?
Der Aufbau der modernen Solarzelle besteht zum Großteil aus dem chemischen Element Silizium, welches aus Quarzsand gewonnen wird. Die Solarzelle selbst ist wie folgt aufgebaut:
An oben und unten befindlichen Außenseite sind Metallkontakte angebracht, die eine Art Mantel für die Solarzelle bilden. Diese bestehen meist aus Silber oder Aluminium. Darunter befinden sich auf beiden Seiten jeweils Siliziumschichten, die von einer Grenzschicht getrennt werden.
Bei Silizium handelt es sich um einen sogenannten Halbleiter. Das bedeutet, dass die Leitfähigkeit dieses Materials durch positiv oder negativ geladene Fremdatome bestimmt wird. Nur durch die Eigenschaften des Halbleiters wird die Funktionsweise und der Aufbau einer Solarzelle ermöglicht.
Die beiden Siliziumschichten unterscheiden sich darin, dass sie mit unterschiedlichen Materialien angereichert werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. So wird eine der beiden Siliziumschichten mit Phosphor angereichert. Phosphor besitzt mehr Außenelektronen als Silizium, wodurch das Gemisch insgesamt eine negative Ladung erhält. Diese Schicht wird deshalb auch als negativ dotierte Schicht oder n-Schicht bezeichnet.
Die andere Siliziumschicht wird meistens mit Bor angereichert. Dieses Element hat wiederum weniger Außenelektronen als Silizium. Dadurch sorgt es dafür, dass diese Siliziumschicht positiv aufgeladen ist. Hier spricht man von der positiv dotierten Schicht oder p-Schicht. Die beiden Siliziumschichten werden durch eine Grenz- beziehungsweise Übergangsschicht voneinander getrennt. Diese bildet den „Kern“ der Solarzelle, in dem später der Strom fließt.
Wie funktioniert die Stromerzeugung in einer Solarzelle?
Damit in einer Solarzelle aus Sonnenenergie Strom gewonnen werden kann, muss sie genau so aufgebaut sein wie im vorherigen Abschnitt beschrieben. Die physikalische Grundlage hinter der Funktionsweise einer Solarzelle wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet. Dieses Phänomen beschreibt, wie durch eine Wechselwirkung von Licht und Materie eine direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie erfolgen kann. Bei der Solarzelle gestaltet sich dieser Prozess wie folgt:
Zunächst treffen mit der Sonneneinstrahlung Energieträger, also Photonen, auf die Solarzelle. Dadurch werden die Elektronen in der Solarzelle angeregt, sich zu bewegen. Durch die Anziehungskräfte, die sowohl von der positiv als auch von der negativ dotierten Siliziumschicht ausgehen, lösen sich Elektronen von ihren Atomen und wandern in die p-Schicht. Dadurch entstehen positiv geladene „Löcher“, die in die n-Schicht nachrücken.
Durch die Bewegung innerhalb des Aufbaus einer Solarzelle entsteht in der Grenzschicht zwischen den beiden Halbleitern elektrische Spannung. Diese elektrische Spannung wird in Form von Gleichstrom über die Metallkontakte abgeleitet. Damit der Strom für uns nutzbar ist, wird dieser mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt. Wechselstrom ist die Art von Strom, die auch im normalen Stromnetz fließt und zum Betrieb von Haushaltsgeräten aller Art genutzt wird.
Die Menge elektrischen Stroms, der mithilfe einer Solarzelle erzeugt werden kann, ist stark abhängig von der Menge an Sonneneinstrahlung, die auf die Solarzelle trifft. Zusammenfassend lässt sich also sagen: Je mehr Sonne auf die Solarzelle scheint, desto mehr Elektronen werden freigesetzt und desto mehr Strom kann gewonnen werden.
Welche Vorteile hat die Stromgewinnung durch Photovoltaik im eigenen Zuhause?
In Deutschland interessieren sich immer mehr Verbraucher für eine eigene Solaranlage. Ob auf dem Dach, am Balkon, auf der Garage oder an der Fassade: Es lassen sich überall neue Möglichkeiten finden, die Kraft der Sonne für sich zu nutzen. Eine gute Möglichkeit für den Einsatz von Photovoltaik im Eigenheim ist beispielsweise das Jackery Balkonkraftwerk. Mit einer solchen Investition holen Sie sich alle Vorteile der Solarenergie ins Haus. Doch welche sind das eigentlich?
Die Menschen in Deutschland wurden in den letzten Jahren immer wieder mit stark schwankenden Strompreisen konfrontiert. Aus diesem Umstand heraus entstehen Unsicherheiten, was den richten Tarif und den geeigneten Anbieter betreffen. Wenn Sie sich für eine eigene Solaranlage bei Ihnen zu Hause entscheiden, machen Sie sich unabhängig von diesen Faktoren.
Sie sichern sich trotz schwankender Marktpreise niedrige Stromrechnungen, da Sie vor allem im Sommer den Großteil Ihres Strombedarfs selbst abdecken können. Solange die Sonne scheint, sind Sie versorgt – unabhängig von politischen Entscheidungen, Regularien und anderen Maßnahmen. Dadurch sparen Sie nach einer einmaligen Anschaffung langfristig Geld.
Produkte wie das Jackery Navi 2000 Balkonkraftwerk bieten Ihnen außerdem die Möglichkeit, Ihren gewonnenen Strom zu speichern. So holen Sie das meiste aus sonnigen Tagen heraus und können den tagsüber gewonnenen Strom auch nachts oder an Regentagen noch effizient nutzen. Durch die Integration eines Batteriespeichers wird also den Schwankungen des Wetters in Deutschland entgegengewirkt.
Obwohl die Stromversorgung in Deutschland zu den sichersten in Europa zählt, haben auch die Menschen hierzulande hin und wieder mit Stromausfällen zu kämpfen. Vor allem vor dem Hintergrund immer häufiger auftretender Extremwetter-Ereignisse und Naturkatastrophen wird dieses Thema zukünftig eine immer größere Rolle spielen. Dank einer eigenen Solaranlage mit Speicherfunktion betrifft Sie das allerdings nicht mehr: Sie profitieren von einer sicheren Stromversorgung, die nicht vom deutschen Stromnetz abhängig ist.
Ein letzter, nicht unwichtiger Vorteil, liegt natürlich in der Umweltfreundlichkeit des Solarstroms. Während man sich bei dem Strom, der aus der Steckdose kommt, nie so ganz sicher sein kann, woher er eigentlich kommt, wissen Sie es bei Ihrer eigenen Solaranlage ganz genau. Sie produzieren Ihren eigenen grünen Strom und reduzieren somit auch Ihren ökologischen Fußabdruck.
Die vertrauenswürdige Wahl – Jackery Navi 2000 Balkonkraftwerk
Wenn auch Sie von den zahlreichen Vorteilen einer eigenen Solaranlage profitieren möchten, können wir Ihnen besonders die Produkte von Jackery ans Herz legen. Jackery ist ein führender Anbieter von nachhaltigen und hochwertigen Solarlösungen für Ihr Eigenheim. Hier können Sie bei dem Sie Generatoren, Speichersysteme, Balkonkraftwerke und Solarmodule kaufen. Egal, ob es sich um einen Wohnungsbalkon oder die Terrasse Ihres Hauses handelt, Jackery bietet für jede Wohnsituation die ideale Lösung.
Dabei können wir Ihnen besonders die neue Mini-PV-Anlage von Jackery, das Jackery Navi 2000 Balkonkraftwerk, ans Herz legen. In diesem leicht zu installierenden Mini-Heimenergiespeichersystem sind Solarpanels, Wechselrichter und Batteriesystem enthalten. So sichern Sie Ihre Stromversorgung nicht nur in Sonnenstunden, sondern können gewonnenen Strom auch für später speichern.
Das Jackery Navi 2000 Balkonkraftwerk bietet Ihnen eine Vielfalt von Funktionen in verschiedenen Szenarien. Die Solarmodule, die am Balkon angebracht werden, versorgen Sie im Alltag zuverlässig mit Strom. Stromausfälle werden innerhalb von 20ms erkannt und der reibungslose Betrieb der wichtigsten Geräte wird abgesichert. Im Jackery Navi 2000 Balkonkraftwerk findet sich zudem der bereits erläuterte Aufbau einer Photovoltaik-Anlage wieder: Die Solarzellen, die im Solarmodul sitzen, fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es in Strom um. Dieser Vorgang wird durch den besonderen Aufbau der Solarzellen ermöglicht. Der gewonnene Gleichstrom wird im mitgelieferten Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt. Dieser kommt Ihrem Haushalt zugute und versorgt alle angeschlossenen Geräte mit Strom.
Überschüssiger Strom geht nicht verloren, sondern kann mithilfe des Batteriespeichers für später gelagert werden. Wenn Sie an besonders sonnigen Tagen immer noch mehr Strom erzeugen, als Sie verbrauchen und speichern können, kann der restliche Strom in das Stromnetz eingespeist werden. Für diesen eingespeisten Strom werden Sie entschädigt, was Ihre Heim-Solaranlage wirtschaftlich noch profitabler für Sie macht.
Die Balkonkraftwerke von Jackery lassen sich ganz ohne Fachmann in kürzester Zeit selbst installieren und auch jederzeit wieder abbauen. So können Sie Ihr Balkonkraftwerk im Falle eines Umzugs einfach mitnehmen – und sparen sich eine doppelte Investition.
Fazit
Im Aufbau der immer präsenter werdenden Solaranlagen steckt also eine ausgereifte Technologie, die die Sonnenenergie in für uns nutzbaren Strom umwandelt. Über Jahre hinweg wurde diese Technologie immer weiterentwickelt, sodass diese inzwischen sogar den Einzug in Privathaushalte geschafft hat.
Viele Menschen in Deutschland sehnen sich nach einer unabhängigen, nachhaltigen und sicheren Stromversorgung. Mit Balkonkraftwerken wie dem Navi 2000 Balkonkraftwerk von Jackery können Sie sich genau diese Wünsche erfüllen. Sie profitieren von all den Vorteilen, die Solarenergie mit sich bringt, indem Sie Ihren eigenen grünen Strom produzieren und nicht mehr abhängig von den Launen der Stromanbieter sind. Auch in Krisenzeiten bietet Ihnen das Balkonkraftwerk in Kombination mit einem Batteriespeicher die Sicherheit einer zuverlässigen Stromversorgung.
Nun, da Sie genau wissen, wie der Aufbau einer Solarzelle aussieht und welche Funktionen die Stromgewinnung aus der Sonnenenergie möglich machen, ist es Zeit, sich diese Technologie nach Hause zu holen: Mit unseren Jackery Balkonkraftwerken können Sie sich diese beeindruckende Technologie in Ihre eigenen vier Wände holen. So können auch Sie von allen Vorteilen einer autonomen Stromversorgung mit Photovoltaik profitieren.
