Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-09-03)
1 Wie sieht sie aus?
Eine Solarzelle ist eine dünne, meist quadratische oder runde Scheibe aus Halbleitermaterial (z. B. Silizium), wenige Zentimeter groß und von metallischen Kontaktstreifen überzogen. Mehrere Zellen sind in einem Solarmodul miteinander verschaltet und durch Glas, Folien und Rahmen geschützt. Mehrere Module bilden zusammen einen Solargenerator (auch: Photovoltaik-Anlage, PV-Anlage), der die elektrische Energie für ganze Anlagen liefert.
Solarzellen einer Taschenlampe
Die Solarzellen ermöglichen das Aufladen des integrierten Akkus durch Sonnenlicht. Je nach Sonneneinstrahlung ist die Lampe in 8-16 Stunden voll geladen.
Solarmodule auf Hausdach
Die gezeigte Anlage (42 Module inkl. der anderen Dachseite) hat eine Nennleistung von 17 kWp. Bei starker Sonneneinstrahlung liefert die Anlage eine Leistung von ca. 10-12 kW.
Die fünf Solarthermie-Module (unten links) gehören nicht zur PV-Anlage. (Standort: 51°30′42″ N 7°9′16″ O)
Solarkraftwerk in Serpa, Portugal
Quelle: Ceinturion, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons
2 Was kann sie?
Die Solarzelle wandelt Strahlungsenergie des Sonnenlichts direkt in elektrische Energie um. Typische Kenngrößen sind:
- Leerlaufspannung einer Zelle: ca. 0,5–0,7 V,
- Strom abhängig von Fläche und Einstrahlung,
- typische elektrische Leistung: eine einzelne Zelle erreicht ca. 1–5 Wp, ein Modul mit 60–72 Zellen etwa 250–400 Wp, moderne Großmodule bis über 600 Wp.
Ein Modul erreicht Spannungen von 30–40 V, mehrere Module in Reihe können zu Anlagenspannungen von mehreren Hundert Volt zusammengeschaltet werden.
3 Wie funktioniert sie?
Die Solarzelle nutzt den photovoltaischen Effekt:
- Sonnenlicht erzeugt im Halbleiter Elektronen-Loch-Paare.
- Das elektrische Feld an der p-n-Grenzschicht trennt diese Ladungsträger.
- An den Kontakten entsteht eine elektrische Spannung, die im äußeren Stromkreis einen Stromfluss ermöglicht.
4 Wie sieht sie von innen aus?
Im Inneren besteht die Solarzelle aus einer Siliziumschicht mit einer p-n-Übergangszone. Auf der Vorderseite befinden sich feine metallische Leiterbahnen (Finger), die den Strom abführen, während die Rückseite eine durchgehende Metallschicht trägt. Das Bauelement ist in transparente Schutzschichten eingebettet.
5 Welche Rolle spielt sie in der Lehre?
Solarzellen sind ein anschauliches Beispiel für die Anwendung von Halbleitern und den photovoltaischen Effekt. Sie verdeutlichen die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie und bieten einen direkten Bezug zu den Themen Energieumwandlung, Wirkungsgrad und erneuerbare Energien.
6 Welche Rolle spielt sie in der Praxis?
Solartechnik findet in vielen Bereichen Anwendung:
- Versorgung von Kleingeräten wie Taschenrechnern oder Gartenlampen,
- netzgekoppelte Photovoltaikanlagen auf Dächern von Wohnhäusern und Gewerbebauten,
- Inselanlagen für Hütten, Boote oder abgelegene Regionen ohne Netzanschluss,
- großflächige Solarfelder und Solarkraftwerke zur Einspeisung ins öffentliche Netz,
- Spezialanwendungen wie Satellitenversorgung und portable Ladegeräte.
Symbolik
- Kennbuchstabe in Schaltplänen: G (Generator allgemein)
- auch üblich: PV
Die Markierung an den Anschlüssen (Kringel und Quadrat) ist nicht standardisiert. Hier gehört sie zur Darstellung in iCircuit.