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.
Inhaltsverzeichnis
1. „Fotovoltaik“ / „Photovoltaik“ - Was bedeutet das?
„Polykristalline Solarzelle“ – Was bedeutet das?
Geschichte der Solarzellen
2. Herstellung
3. Aufbau
Polykristalline Solarzellen (die kleinen Bauteile) sind folgendermaßen aufgebaut:
Solarpaneele (mehrere Solarzellen) sind folgendermaßen aufgebaut:
4. Funktion
5. Verwendung
6. Vorteile
7. Nachteile
8. Andere Arten von Solarzellen
Kristalline Solarzelle
Amorphe Solarzellen
Organische Solarzellen
Mikrokristalline Zellen
Tandem-Solarzellen
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Diese Arbeit widmet sich der fundierten Untersuchung von polykristallinen Solarzellen als eine der gängigsten Technologien zur photovoltaischen Energiegewinnung. Das Ziel ist es, den gesamten Lebenszyklus und die technische Funktionsweise von der Herstellung des Silizium-Grundmaterials bis hin zum fertigen Solarmodul und dessen Anwendungsmöglichkeiten im Alltag sowie industriell darzustellen.
- Grundlagen der Photovoltaik und historische Entwicklung
- Prozess der Siliziumgewinnung und Dotierung
- Struktureller Aufbau von Solarzellen und Solarpaneelen
- Physikalische Funktionsweise des photoelektrischen Effekts
- Vergleich von Vor- und Nachteilen gegenüber anderen Zelltypen
Auszug aus dem Buch
4. Funktion
Wenn so eine Solarzelle/platte/paneel nicht angeschienen wird, passiert nicht viel. Die übrigen, freien Elektronen von der oberen, negativ dotierten Siliziumschicht durchdringen die Grenzschicht und werden von den positiven Löchern in der positiv dotierten Siliziumschicht angezogen und füllen dieses. Energie erzeugt wird dabei jedoch noch nicht.
Erst wenn Licht auf die Solarzelle scheint passiert etwas: Licht in Form von Photonen trennt nun negative Ladungsteilchen (Elektronen) und positive Ladungsteilchen (Löcher) in der positiv dotierten Siliziumschicht. Die Elektronen sind nun freibewegliche Elektronen. Diese Elektronen können sich frei in den negativ und positiv dotierten Siliziumschichten bewegen. Im Gegensatz zu einfachen Modellen sind die Löcher ebenfalls beweglich.
Nicht jedes Photon der Sonne sorgt dafür, dass ein Elektron von einem Loch getrennt wird. Ist die Energie des Photons zu gering, fällt das Elektron in das eben erst „verlassene“ Loch zurück. Ist die Energie des Photons jedoch zu groß, wird nur ein Teil der Energie genutzt, um das Elektron vom Loch zu trennen. Einige Photonen gehen auch ungenutzt durch die Solarzelle, andere werden von den Frontkontakten reflektiert und gehen so verloren.
Die Elektronen werden regelrecht von ihrem Platz katapultiert. Dort ist später das Loch. Die freien Elektronen schießen nun durch die Grenzschicht und landen auf der negativ dotierten Siliziumseite. Die Elektronen können aber nicht auf dem gleichen Weg zurück zu dem Loch, auch wenn das Loch das Elektron anzieht. Der Pluspol, der von oben von den Kontakten kommt, ist stärker. Deshalb bewegt sich das Elektron nicht wieder nach unten, sondern zur Oberseite der Solarzelle. Das Elektron bewegt sich durch den Kontakt, durch einen Verbraucher wieder zurück zur positiv dotierten Siliziumschicht. Es fließt Strom, weil der Stromreis geschlossen ist. Wenn Elektronen von Atom zu Atom fließen ist das Strom.
Zusammenfassung der Kapitel
1. „Fotovoltaik“ / „Photovoltaik“ - Was bedeutet das?: Dieses Kapitel definiert die grundlegenden Begriffe der Photovoltaik und gibt einen historischen Abriss über die Entdeckung und Entwicklung der Solartechnologie seit dem 19. Jahrhundert.
2. Herstellung: Hier wird der komplexe industrielle Prozess der Siliziumreinigung, Dotierung und der anschließenden Fertigung von Wafern für Solarmodule detailliert beschrieben.
3. Aufbau: Das Kapitel erläutert den Schichtaufbau einzelner polykristalliner Solarzellen sowie die Zusammensetzung kompletter Solarpaneele mitsamt Schutzschichten und Kontaktierungen.
4. Funktion: Hier wird der physikalische Vorgang beschrieben, wie durch einfallendes Licht (Photonen) der Stromfluss in einer Solarzelle durch Ladungstrennung erzeugt wird.
5. Verwendung: Dieser Abschnitt zeigt die vielseitigen Einsatzgebiete von Solartechnik auf, von kleinen Konsumgütern wie Taschenrechnern bis hin zu großen Freiflächenanlagen.
6. Vorteile: Das Kapitel analysiert, warum polykristalline Module aufgrund ihres Preis-Leistungs-Verhältnisses den größten Marktanteil in Deutschland halten.
7. Nachteile: Hier werden die geringere Effizienz und der höhere Platzbedarf der polykristallinen Technologie gegenüber monokristallinen Alternativen thematisiert.
8. Andere Arten von Solarzellen: Ein Überblick über alternative Technologien wie amorphe, organische, mikrokristalline und Tandem-Solarzellen rundet die Arbeit ab.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarzellen, polykristallin, Silizium, Halbleiter, Stromerzeugung, Energiequelle, Dotierung, Wafer, Wirkungsgrad, Sonnenenergie, Photonen, Solarmodule, Energiewende, Halbleitertechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt das Thema polykristalline Solarzellen, deren Herstellung, technische Funktionsweise und ihre Rolle im Bereich der erneuerbaren Energien.
Welche thematischen Schwerpunkte werden gesetzt?
Neben der physikalischen Erklärung des photoelektrischen Effekts liegt der Fokus auf der wirtschaftlichen Bedeutung der polykristallinen Bauweise sowie einem Vergleich mit anderen Zelltechnologien.
Was ist das primäre Ziel dieser Arbeit?
Ziel ist es, ein umfassendes Verständnis für die polykristalline Photovoltaik-Technologie zu schaffen und darzulegen, warum sie aktuell den Standard im deutschen Markt darstellt.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literatur- und Quellenanalyse, die technische Prozesse und historische Entwicklungen der Photovoltaik systematisch aufbereitet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologischen Aspekte wie Herstellung und Aufbau, die physikalische Funktionsweise sowie die ökonomische Bewertung von Vorteilen und Nachteilen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die zentralen Begriffe umfassen Photovoltaik, Silizium-Halbleiter, Dotierung, Wirkungsgrad, solare Stromerzeugung und polykristalline Struktur.
Warum sind polykristalline Solarzellen oft blau gefärbt?
Die Farbe ergibt sich aus den spezifischen Schichten beim Aufbau der Zelle, die dazu dienen, das einfallende Licht optimal auf den Halbleiter zu lenken.
Welchen Einfluss haben Dotierungsmittel auf das Silizium?
Durch die gezielte Einbringung von Stoffen wie Bor oder Phosphor werden die elektrischen Leiteigenschaften des Halbleiters beeinflusst, was für die Stromerzeugung notwendig ist.
Warum gelten polykristalline Module trotz niedrigerem Wirkungsgrad als Standard?
Ihr großer Vorteil liegt in dem günstigeren Herstellungsprozess und dem daraus resultierenden besseren Preis-Leistungs-Verhältnis im Vergleich zu monokristallinen Modulen.
- Arbeit zitieren
- Simon Baitinger (Autor:in), 2017, Vor- und Nachteile von Photovoltaikanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/431633
