Der ultimative Leitfaden für Solarzellen mit Jackery

Unabhängig davon, ob die Quelle Sonnenlicht oder künstliches Licht ist, werden Solarzellen als Photovoltaik bezeichnet. Sie dienen als Photodetektoren, wie z. B. Infrarotdetektoren, die Licht oder andere elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich erkennen oder die Lichtintensität messen können. Solarzellen werden häufig zu Solarmodulen zusammengefasst, die dann mit Solarpanels zu noch größeren Einheiten verbunden werden.

Einige solarbetriebene Geräte haben nicht einmal einen Ausschaltknopf und benötigen keine Batterien. Sie funktionieren unbegrenzt, solange genügend Sonnenlicht vorhanden ist. Doch wie wird die Sonnenenergie genutzt? Natürlich spielt dabei die Solarzelle eine Rolle. In diesem Artikel erfahren Sie, was eine Solarzelle ist, wie sie funktioniert, wie sie entwickelt wurde und wie Sie mit Jackery das beste Solarpanel auswählen.

Was ist eine Solarzelle?

Die Solarzelle ist eine Schlüsselkomponente der photovoltaischen Energieumwandlung, die Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Als Material für Solarzellen werden in der Regel Halbleiter verwendet. Die Energieumwandlung erfordert die Trennung von Ladungsträgern und die Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren in einem Halbleiter durch Absorption der Photonenenergie des Lichts.

Das photovoltaische Phänomen wurde erstmals 1839 von dem französischen Wissenschaftler Edmond Becquerel nachgewiesen. Die Solar- oder Photovoltaiktechnologie lässt sich anhand der Herstellungsverfahren in drei Generationen unterteilen. Solarzellen der ersten Generation werden aus Silizium hergestellt, das sowohl effizient als auch kostengünstig ist. Die erste Generation von Solarzellen auf Siliziumbasis macht auch heute noch 80 % der Solarzellenproduktion aus. Zur ersten Generation gehören monokristalline Siliziumsolarzellen, polykristalline, amorphe und Hybridzellen.

Was ist eine Photovoltaik-Solarzelle?

Eine photovoltaische Zelle (PV-Zelle), auch Solarzelle genannt, kann auftreffendes Licht reflektieren, absorbieren oder durchlassen. Das Halbleitermaterial, aus dem die PV-Zelle besteht, leitet Elektrizität besser als ein Isolator, aber schlechter als ein guter Leiter wie ein Metall. In PVPV-Zellen werden verschiedene Halbleitermaterialien verwendet.

Wenn ein Halbleiter mit Licht bestrahlt wird, wird die Energie des Lichts absorbiert und auf die negativ geladenen Elektronen des Halbleiters übertragen. Diese zusätzliche Energie ermöglicht es den Elektronen, einen elektrischen Strom durch das Material zu leiten. Dieser Strom kann genutzt werden, um Ihr Haus und das übrige Stromnetz mit Strom zu versorgen, indem er über leitende Metallkontakte, die gitterartigen Linien auf den Solarzellen, abgeleitet wird.

Wie sieht der Markt für Solarzellen heute aus?

Der Wirkungsgrad von Solarzellen hat sich in den letzten Jahren drastisch erhöht, von etwa 3 % im Jahr 2009 auf heute über 25 %. Trotz der raschen Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen müssen noch einige Hindernisse überwunden werden, bevor sie als rentable kommerzielle Technologie angesehen werden können.

Waferbasierte PV und Dünnschichtzellen-PVsPVs sind die beiden Hauptbereiche der Photovoltaik-Technologien. Zu den waferbasierten PVsPVs gehören herkömmliche kristalline Siliziumzellen und Galliumarsenidzellen, wobei c-Si-Zellen derzeit den PVsPV-Markt mit einem Marktanteil von etwa 90 % dominieren und GaAs die höchste Effizienz aufweist.

Woraus bestehen Solarzellen?

Eine Solarzelle besteht aus einer Schicht p-Typ-Silizium, die zwischen einer Schicht n-Typ-Silizium liegt. In der n-Schicht befinden sich zu viele Elektronen und in der p-Schicht zu viele positiv geladene Löcher. Die Elektronen auf der einen Seite des Übergangs (n-Typ-Schicht) wandern in die Löcher auf der gegenüberliegenden Seite, die sich in der Nähe der Kreuzung der beiden Schichten befindet (p-Typ-Schicht). Dadurch bildet sich um die Grenzfläche herum ein Bereich, der als Verarmungszone bezeichnet wird und in dem die Elektronen die Löcher auffüllen.

Wenn alle Löcher in der Verarmungszone mit Elektronen gefüllt sind, enthält die p-Seite der Verarmungszone negativ geladene Ionen und die n-Seite der Verarmungszone positiv geladene Ionen. Die entgegengesetzten Ladungen dieser Ionen erzeugen ein inneres elektrisches Feld, das verhindert, dass die Elektronen der n-Schicht die Löcher der p-Schicht füllen.

Reinigung des Siliziums: Das Siliziumdioxid wird in einen Lichtbogenofen gegeben, in dem mit Hilfe eines Lichtbogens Sauerstoff freigesetzt wird. Übrig bleiben Kohlendioxid und geschmolzenes Silizium, das jedoch nicht rein genug ist, um in Solarzellen verwendet zu werden. Aus diesem Silizium wird eines mit nur 1 % Verunreinigungen hergestellt.

Herstellung von einkristallinem Silizium: Das Czochralski-Verfahren, bei dem ein Siliziumkristall in geschmolzenes polykristallines Silizium getaucht wird, ist die am weitesten verbreitete Technik zur Herstellung von einkristallinem Silizium.

Sägen der Wafer: Mit einer Kreissäge wird der Wafer der zweiten Stufe in Siliziumscheiben geschnitten. Das beste Rohmaterial für diese Aufgabe ist Diamant, mit dem Siliziumscheiben hergestellt werden, die dann weiter in Quadrate oder Sechsecke geschnitten werden können, die sich leichter in die Oberfläche einer Solarzelle einfügen lassen.

Dotierung: Bei dieser Technik, die auch als Dotierung bezeichnet wird, wird die Solarzelle dotiert.

Dotieren: Bei diesem Verfahren, das auch als Dotierung bezeichnet wird, werden häufig Phosphor-Ionen mit Hilfe eines Teilchenbeschleunigers in den Ingot geschossen.

Hinzufügen von elektrischen Kontakten: Elektrische Kontakte dienen dazu, den von den Solarzellen erzeugten Strom zu leiten und die Zellen miteinander zu verbinden. Diese Kontakte bestehen aus Metallen wie Palladium oder Kupfer und sind sehr dünn, damit das Sonnenlicht nicht in die Zelle eindringen kann.

Antireflexbeschichtung hinzufügen: Um den Anteil des Sonnenlichts, der durch Reflexion verloren geht, zu verringern, wird das Silizium mit einer Antireflexschicht versehen.

Verkapselung der Zelle: Zum Abschluss des Prozesses werden die Solarzellen mit Silikonkautschuk oder Ethylenvinylacetat versiegelt und in einen Aluminiumrahmen mit einer Glas- oder Kunststoffabdeckung für zusätzlichen Schutz und einer Rückwand eingebaut.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Die Solarzelle ist eine technologische Innovation, die Lichtenergie durch den photovoltaischen Effekt direkt in Elektrizität umwandelt, indem sie elektrische Ladungen erzeugt, die sich frei durch Halbleiter bewegen können. Alle Solarzellen sind ähnlich aufgebaut. Eine optische Beschichtung oder Antireflexschicht, die die Menge des durch Reflexion verlorenen Lichts reduziert, lässt das Licht in das System eindringen. Dadurch wird das Licht eingefangen und gelangt mit größerer Wahrscheinlichkeit zu den darunter liegenden Schichten, die für die Energieumwandlung verantwortlich sind. Diese oberste Antireflexschicht, in der Regel ein Oxid aus Silizium, Tantal oder Titan, wird durch Schleuderbeschichtung oder Vakuumabscheidung erzeugt.

Unter der oberen Antireflexschicht befinden sich drei Energieumwandlungsschichten. Dies sind die obere Barriereschicht, die Absorberschicht und die hintere Barriereschicht. Zwei zusätzliche elektrische Kontaktschichten leiten den elektrischen Strom zu einer externen Last und dann wieder zurück in die Zelle, um den Stromkreis zu schließen. Eine Solarzelle ist ein Sandwich aus n-Typ- und p-Typ-Silizium. Sie erzeugt Strom, indem sie das Sonnenlicht nutzt, um Elektronen über die Grenzfläche zwischen den verschiedenen Siliziumtypen springen zu lassen:

Photonen (Lichtteilchen) prasseln auf die Oberseite der Zelle, wenn Sonnenlicht einfällt.

Die Photonen (gelbe Punkte) transportieren die Energie in einem Winkel nach unten durch die Zelle.

In der unteren p-Typ-Schicht geben die Photonen ihre Energie an Elektronen (grüne Punkte) ab.

Mit dieser Energie können die Elektronen die Barriere zur oberen n-Typ-Schicht überwinden und in den Stromkreis eindringen.

Wenn sich die Elektronen durch den Stromkreis bewegen, beginnt die Lampe zu leuchten.

Arten von Solarzellen

Die drei wichtigsten Arten von Solarzellen sind kristallines Silizium, Dünnschichtsolarzellen und eine neuere Innovation, die die beiden anderen kombiniert. P-Typ und n-Typ Silizium sind zwei Arten von Halbleitern, die für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Bei der Herstellung von p-Typ-Silizium werden Atome wie Bor oder Gallium hinzugefügt, die ein Elektron weniger im äußeren Energieniveau besitzen als Silizium.

Zellen aus kristallinem Silizium

Etwa 90 % der Solarzellen bestehen aus kristallinem Silizium (c-Si), das aus massiven, im Labor hergestellten Blöcken geschnitten wird. Diese Blöcke können sich zu einzelnen oder mehreren Kristallen entwickeln und brauchen bis zu einem Monat, um zu wachsen. Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem einzigen Kristall, polykristalline Solarzellen aus mehreren Kristallen.

Dünnschicht-Solarzellen

Dünnschichtsolarzellen, auch Dünnschichtphotovoltaik genannt, sind zwar etwa 100-mal dünner als kristalline Siliziumzellen, werden aber immer noch aus Wafern hergestellt, die nur den winzigen Bruchteil eines Millimeters (etwa 200 Mikrometer oder 200 m) dick sind. Amorphes Silizium (a-Si), bei dem die Atome nicht in einer geordneten Kristallstruktur, sondern zufällig angeordnet sind, ist das Material, aus dem diese Dünnschichtsolarzellen und -module hergestellt werden. Diese Schichten können auch aus organischen photovoltaischen Materialien (PVPV), Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) und Cadmium-Tellurid (Cd-Te) hergestellt werden.

Solarzellen der dritten Generation

Die neuesten Solarzellentechnologien kombinieren die besten Aspekte von Dünnschicht-Solarzellen und kristallinen Silizium-Solarzellen, um einen hohen Wirkungsgrad und eine verbesserte Nutzbarkeit zu erreichen. Sie bestehen häufig aus mehreren Schichten von Halbleitermaterialien. Außerdem werden sie in der Regel aus amorphem Silizium, organischen Polymeren oder Perowskit-Kristallen hergestellt.

Entwicklung von Solarzellen

Solarenergie bietet den Verbrauchern bereits viele Vorteile und verringert gleichzeitig die schädlichen Umweltauswirkungen der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen. Der Umstieg auf Solarenergie bringt Vorteile auf lokaler Ebene und verringert die Luftverschmutzung und die Kohlendioxidemissionen, da der Strom direkt dort erzeugt wird, wo er verbraucht wird.

Kleinere Geräte wie Uhren und Taschenrechner können jetzt ohne Batterien betrieben werden, und Straßen- und Zugwarntafeln können jetzt mit Solarenergie betrieben werden, so dass sie auch in den entlegensten Regionen eingesetzt werden können. In einigen Ländern werden Telefonzellen, Wasserpumpen und sogar Kühlsysteme in medizinischen Einrichtungen mit Solarenergie betrieben. Je weniger fossile Brennstoffe zur Verfügung stehen, desto größer wird die Notwendigkeit, auf erneuerbare Energiequellen wie die Solarenergie zurückzugreifen.

Die besten tragbaren Solarpanels von Jackery

Die tragbaren Solarpanels  von Jackery lassen sich zusammenklappen und mit Gurten befestigen, so dass sie leicht zu transportieren und zu verwenden sind. Einer der höchsten Wirkungsgrade in der Branche ermöglicht es, die Sonnenenergie zu maximieren und in saubere Energie umzuwandeln. Nutzen Sie die Solarenergie und die wiederaufladbaren tragbaren Powerstationen von Jackery, um Ihre Geräte aufzuladen. Für eine bessere Notstromversorgung gibt es das fortschrittliche netzunabhängige Solarenergiesystem.

Mit monokristallinen Solarzellen und verstellbaren Halterungen haben die tragbaren Jackery-Solarpanels eine Ladeeffizienz von bis zu 25 %. Nutzen Sie das Potenzial der Solarenergie optimal. Das Solarpanel wird einfach an Ihre Stromquelle angeschlossen. Verbinden Sie den DCDC-Eingang Ihrer tragbaren Stromquelle mit der DCDC-Schnittstelle.

 

Jackery SolarSaga 200W Solarpanel

Die Jackery SolarSaga 200W Solarmodule sind die beste Wahl, wenn Sie eine Lösung suchen, die Ihr ganzes Haus mit Strom versorgen kann. Mit einer höheren Umwandlungsrate von 24,3% können die Solarmodule unter ähnlichen Bedingungen mehr Strom erzeugen. Eine Jackery Portable Power Station Explorer 2000 Pro kann mit 6 SolarSaga 200 in 2,5 Stunden vollständig aufgeladen werden. Darüber hinaus ist das tragbare Solarpanel mit verschiedenen Jackery-Stromstationen kompatibel.

Produkt	Kompatibel mit	Aufladezeit	Umwandlungseffizienz	Kickständer	Spezialität
Jackery SolarSaga 200W	Explorer 2000 Pro + 6*SolarSaga 200	2.5 Std.	24.3%	3 Kickständer	- ETFE-laminiertes Gehäuse   - Wasserdichtheitsklasse IP67   - 5-Jahres-Garantie
	Explorer 2000 Pro + 4*SolarSaga 200	4 Std.
	Explorer 2000 Pro + 2*SolarSaga 200	7.5 Std.

 

Jackery SolarSaga 100W Solarpanel

Das Jackery SolarSaga 100W Solarmodul ist die beste Lösung für ungeplante Stromunterbrechungen. Es ist auch ideal für Outdoor-Enthusiasten, da es faltbar, leicht und einfach zu transportieren ist. Die monokristallinen Silizium-Solarzellen und die Mehrschichtzellentechnologie ermöglichen einen höheren Umwandlungswirkungsgrad von 24,3 %, was die Leistung verbessert. Die Jackery Explorer 300/500/1000/1500 Powerstation ist mit diesem Solarmodul kompatibel und somit die perfekte Wahl für netzunabhängiges Camping und unvorhergesehene Stromausfälle.

Produkt	Kompatibel mit	Aufladezeit	Umwandlungseffizienz	Kickständer	Spezialität
Jackery SolarSaga 100W	Explorer 1500 Pro + 2*SolarSaga 100	4 Std.	23%	2 Kickständer	- Es wiegt nur 10,33 lbs   - Der TPE-Gummigriff   - 1* USB-C Ausgang, 1* USB-A Ausgang
	Explorer 1000 + 2*SolarSaga 100	8 Std.
	Explorer 500/300/240 + 1*SolarSaga 100	9.5/5/4 Std.

 

Jackery SolarSaga 80W Solarmodul

Beide Seiten der doppelseitigen Jackery SolarSaga 80W-Module können Strom erzeugen. Das extra-weiße Glas der Rückseite erhöht die Umwandlungsraten. Es kann auch unter schwierigen Bedingungen eingesetzt werden, da es nach dem IP68-Standard als staub- und wasserdicht zertifiziert ist.

Produkt	Kompatibel mit	Aufladezeit	Umwandlungseffizienz	Kickständer	Spezialität
Jackery SolarSaga 80W	Explorer 240/300/500 + 1*SolarSaga 80	4/6/9 Std.	25%	2 Kickständer	- IP68 Wasser- und staubgeschützt   - 2-Meter-Verlängerungskabel   - 2,8 mm eisenarmes, vollständig gehärtetes Glas
	Explorer 1000 + 2*SolarSaga 80	9 Std.
	Explorer 1000 Pro + 2*SolarSaga 80	9 Std.

 

Solarzellen FAQs

Hier finden Sie einige häufig gestellte Fragen zu Solarzellen:     

1. Sind Photovoltaikzellen und Solarzellen dasselbe?

Nein, das sind sie nicht. Solarzellen wandeln die Sonnenstrahlung in Wärme um, während Photovoltaikzellen die Wärmeenergie in Elektrizität umwandeln. Aus diesem Grund sind sie voneinander getrennt. Sie könnten aber besser zusammenarbeiten.

2. Was sind Solarenergie, Solarzellen und Solarmodule?

Ein elektrisches Bauteil, eine Solarzelle, erzeugt Strom, wenn es Photonen oder anderen Lichtteilchen ausgesetzt wird. Ein Solarmodul ist eine Ansammlung von Solarzellen, die in einem Installationsrahmen angeordnet sind. Seit Anbeginn der Zivilisation ist der Mensch in der Lage, die Licht- und Wärmestrahlung der Sonne zu nutzen, indem er sie durch verschiedene, sich ständig verbessernde Technologien nutzbar macht. Die Zusammenhänge sind im Folgenden dargestellt.

3. Was ist die Nennleistung einer einzelnen PV-Zelle?

Unabhängig von ihrer Größe kann eine einzelne Photovoltaik-Solarzelle eine "Leerlaufspannung" (VOC) von 0,5 bis 0,6 Volt bei 25 °C erzeugen (normalerweise etwa 0,58 V). Diese Zellenspannung bleibt relativ konstant, solange genügend Sonneneinstrahlung vorhanden ist, die von schwachem bis zu starkem Sonnenschein reichen kann.

Abschließende Überlegungen

Solarzellen nutzen das Sonnenlicht zur Stromerzeugung. Sie durchlaufen die gleichen Produktions- und Verarbeitungsschritte wie Computerspeicherchips. Der Hauptbestandteil von Solarzellen ist Silizium, das die Photonen der Sonnenstrahlen absorbiert. Jackery ist bestrebt, Solarzellen von höchster Qualität herzustellen, während sich die Solarzellenindustrie weiterentwickelt. Die optimale Nutzung der Sonnenenergie und ihre Umwandlung in saubere Energie wird durch den branchenweit höchsten Wirkungsgrad von 25 % ermöglicht.