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Sonnenzelle

Die Sonnenzellen wandeln die von der Sonne kommenden Photonen (die elektromagnetische Strahlung) direkt in elektrischen Strom um. Der Umwandlungsprozess sieht wie folgt aus: bei der Absorbierung des Sonnenscheines entstehen aktive gefüllte Teilchen, die von dem elektrischen Feld zur Elektronenwanderung gezwungen werden und so entsteht der elektrische Strom. Dieses physikalische Phänomen entsteht nicht nur bei der Sonnenstahlung, sondern auch bei anderen Lichtquellen, die entsprechendes Spektrum haben. Die Hersteller geben 20-25 Jahre Garantie auf die Sonnenzellen, deren prognostistizierte Lebensdauer 30-40 Jahre ist. Die Zahl der Sonnenzellen wird in ferner Zukunft wahrscheinlich erheblich steigern.

Grundtype der Sonnenzellen

  • Monokristalle (einkristalline) Sonnenzellen. Ihr Grundstoff ist Silicium (Si). In der Hinsicht des Preis-Leistung-Verhältnisses zählen sie zu den Effektivsten. Der Effizienzgrad der Besten ist 18%, aber in Laborverhältnissen haben die Wissenschaftler sogar 25%  erreicht.
  • Polykristalline Sonnenzellen. Ihr Grundstoff ist Silicium.
  • Gallium Arzenid Sonnenzelle: Premium-Kategorie, sie sind sehr teuer. Sie bestehen aus mehreren p-n-Übergängen, so wird der Effizienzgrad auf 40% erhöht. Sie werden in der Weltraumforschung verwendet.
  • Amorfe Silizium-Sonnenzellen sind relativ billig, aber ihr Effizienzgrad ist 5-8%. Auf die Herstellung wird wenigeres Silizium als bei den monokristallen Sonnenzellen verwendet. Die aktive Schicht ist hier 1 µm dick.
  • Weitere Halbleiter-Sonnenzellen: Ihre Grundstoffe sind Kadmium-Tellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Selenide.  Ihr Effizienzgrad ist niedriger als 15%. Die aktive Schicht ist nur 1-2 µm dick.
  • Sonnenzellen aus Werkstoffen der organischen Chemie: Das absorbierende Mittel ist der organische Farbstoff, der nach den Prinzipen der Elektrochemie funktioniert. Der Effizienzgrad ist 2-4%, aber ihr großer Vorteil ist, dass sie außerordentlich billig sind.
  • Polymer-Sonnenzellen: sie sind billig, aber ihr Effizienzgrad ist relativ niedrig, ca. 3%.

Es gibt mehrere Alternativen für die Erhöhung der Effizienz, aber man braucht in diesem Fall kompliziertere und kostenintensivere Technologie. Die Erhöhung des Effizienzgrades hat einen Maximal-Wert (33,7%), der überschreitet werden kann, wenn mehrere dünne aufeinander gelegte Sonnenzellen eingesetzt werden, weil sie so pro Schicht auf immer kürzere Lichtwellenlänge empfindlich sind. Im Weiteren kann die Effizienz mit größerer Lichtkonzentration erhöht werden, die man mithilfe von Linsen und Spiegeln erreichen kann. Das Ziel der heutigen Entwicklungen ist nicht die Erhöhung der Effizienz, sondern die Verbesserung des Preis-Leistung-Verhältnisses (Effizienzgrad x Lebensdauer / Fertigungskosten). Die Wissenschaftler möchten vor allem die Amortisationsdauer minimalisieren.

Die Sonnenzellen können prima bei der Straßenbeleuchtung eingesetzt werden, KANDELABER MIT SONNENZELLE

 

Berechnung des Effizienzgrades:

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    • Pm  von der Sonnenzelle abgegebene maximale Leistung (W)
    • E   die oberflächliche Leistungsdichte der Sonnenstrahlung (W/m²)
    • Ac  die Oberfläche der Sonnenzelle (m²)
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