Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?

Über 95 % aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Kristalline Solarzellen sind ca. 0.3 mm dick und haben eine Kantenlänge von 10 bis 15 cm.
Damit das Halbleitermaterial Licht in Strom umwandeln kann, wird es "dotiert". Gemeint ist damit das definierte Einbringen von chemischen Elementen, mit dem entweder ein positiver Ladungsträgerüberschuss (p-leitende Halbleiterschicht) oder ein negativer Ladungsträgerüberschuss
(n-leitende Halbleiterschicht) im Halbleitermaterial erzielt werden kann.
Werden zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein sogenannter p-n-Übergang. An diesem Übergang baut sich ein inneres elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträger führt. Über Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fließt ein Gleichstrom.

Eine 10 x 10 cm große Solarzelle erzeugt bei strahlendem Sonnenschein (ca. 1.000 W pro m²) eine Leistung von 1,5 W bei einer Spannung von ca. 0,5 V und einem Strom von ca. 3 A. Dabei werden bei polykristallinen und monokristallinen Solarzellen zwischen 13 und 17 % des einfallenden Lichtes in Strom umgewandelt.

Wie ist ein Solarmodul aufgebaut?

Eine einzelne kristalline Solarzelle erzeugt eine Spannung von nur 0,5 V. Deshalb werden mehrere Solarzellen in einem Modul elektrisch in Reihe geschaltet, so dass sich die Spannung der einzelnen Zellen addiert.





Abb. Solarmodul mit Rahmen


Die Solarzellen sind im Modul zwischen zwei Glasplatten oder einer vorderseitigen Glasplatte und rückseitigen Folie eingebettet. Dadurch wird eine hohe Witterungsbeständigkeit erreicht. Üblicherweise werden Solarmodule mit einem Rahmen aus Aluminium versehen, an dem sie befestigt werden können. Es gibt auch rahmenlose Module.
Die Leistung eines Solarmoduls ist abhängig von äußeren Einflüssen wie Lichtintensität und Temperatur. Zur besseren Vergleichbarkeit wird immer die Spitzenleistung in Wp (Watt peak) angegeben, die unter genormten Bedingungen ermittelt wurde.

Je nach Anzahl und Verschaltung der Solarzellen existieren auf dem Markt Module mit unterschiedlichsten Spannungen und einer Leistung bis ca. 240 Wp.

Abschattung bei Solarmodulen

Die Reihenschaltung der Solarzellen in einem Modul führt dazu, dass die Zelle mit der geringsten Stromproduktion auch den Strom der übrigen Zellen dieses Strangs begrenzt. Laub oder die teilweise Verschattung eines Moduls sollte deshalb vermieden werden.