Wie eine Photovoltaikanlage aus Sonnenlicht Strom erzeugt

Den Anfang macht das Sonnenlicht, das auf die Photovoltaikanlage fällt und am Ende steht der Strom, der ins Netz eingespeist wird oder aus der eigenen Steckdose kommt. Aber wie ist das möglich, Strom aus Licht zu erzeugen? Dass wir mit der Sonne in der Lage sind, elektrischen Strom zu erzeugen, ist ein faszinierender physikalischer Vorgang.

Er basiert auf dem sogenannten “photovoltaischen Effekt”, der wiederum ein Fall des “inneren photoelektrischen Effekts” ist. Dieser Zusammenhang zeigt schon, dass die Erklärung dafür nicht ganz einfach ist. An der schrittweisen Entdeckung dieser Effekte war im Laufe der Geschichte schließlich auch nicht nur ein Wissenschaftler beteiligt.

Elektrische Leitfähigkeit

Zunächst muss man wissen, dass Stoffe unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten haben. Metalle oder Wasser leiten sehr gut (deshalb dürfen wir nicht mit dem Fön in die Badewanne), Glas oder Holz sind Nichtleiter, die elektrischen Strom nur äußerst schwach leiten. Dann gibt es noch die Halbleiter, das sind Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen Leitern und Nichtleitern liegt.

Ein Halbleiter ist Silizium, das Material, das in den meisten Photovoltaikzellen verarbeitet wird. Als zweithäufigstes Element der Erde steht es in ausreichenden Mengen zur Verfügung und ein weiterer Vorteil zeigt sich darin, dass es umweltschonend verarbeitet werden kann.

Der photovoltaische Effekt

In einer Photovoltaikzelle wird das hochreine Silizium gezielt mit bestimmten Fremdatomen verunreinigt, um zwei übereinanderliegende Schichten mit unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration zu erzeugen.

Wenn nun Licht auf die Photovoltaikzelle fällt, setzt das einzelne Elektronen auf dem Siliziumgitter frei. Das führt zu einem Elektronenüberschuss auf der oberen Seite und einem Elektronenmangel auf der unteren Seite. Jetzt ist die Zelle vergleichbar mit einer Batterie, denn wie zwischen deren Plus- und Minuspol entsteht zwischen ihren beiden Anschlüssen eine elektrische Spannung. Über die Metallkontakte kann man diese Spannung nun abgreifen und einen elektrischen Verbraucher anschließen. Daraufhin fließt ein Gleichstrom.

Solarstrom nicht ohne Wechselrichter

Allerdings fließt durch unser Stromnetz und durch unsere elektrischen Geräte kein Gleich-, sondern Wechselstrom. Um den Strom aus einer Photovoltaikanlage also auch im alltäglichem Leben verwenden und in das Stromnetz einspeisen zu können, muss noch ein sogenannter Wechselrichter zwischengeschaltet werden. Er richtet den Gleichstrom in Wechselstrom um.