{"id":34463,"date":"2026-02-28T07:13:42","date_gmt":"2026-02-28T01:43:42","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/solar-photovoltaik-anlage\/"},"modified":"2021-12-22T07:12:12","modified_gmt":"2021-12-22T01:42:12","slug":"solar-photovoltaik-anlage","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/de\/solar-photovoltaik-anlage\/","title":{"rendered":"Was ist eine photovoltaische Solaranlage?"},"content":{"rendered":"\t\t
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Wie funktioniert ein Photovoltaik-Solarsystem?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Das gro\u00dfe Ausma\u00df der W\u00e4rmeenergie der Sonne macht sie zu einer \u00e4u\u00dferst attraktiven Energiequelle. Diese Energie kann direkt in elektrischen Gleichstrom und W\u00e4rmeenergie umgewandelt werden. Solarenergie ist eine saubere, reichlich vorhandene und unersch\u00f6pfliche erneuerbare Energiequelle, die auf der Erde zur Verf\u00fcgung steht. Solarmodule oder photovoltaische Solarsysteme mit Paneelen (SPV-Paneele) sind auf D\u00e4chern oder in Solarfarmen so angeordnet, dass die Sonnenstrahlung auf die photovoltaischen Solarmodule f\u00e4llt, um eine Reaktion zu erm\u00f6glichen, die die Lichtstrahlung der Sonne in Elektrizit\u00e4t umwandelt.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Solarenergie kann f\u00fcr die Stromversorgung eines einzelnen Geb\u00e4udes oder im industriellen Ma\u00dfstab genutzt werden. Wenn sie in kleinem Ma\u00dfstab genutzt wird, kann zus\u00e4tzlicher Strom in einer Batterie gespeichert oder in das Stromnetz eingespeist werden. Die Solarenergie <\/a>ist grenzenlos, und die einzige Grenze ist unsere F\u00e4higkeit, sie auf rentable Weise in Strom umzuwandeln. Winzige photovoltaische Solarpaneele versorgen Taschenrechner, Spielzeug und Telefonzellen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Definition der Photovoltaik-Solaranlage<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Ein photovoltaisches Solarsystem wandelt Sonnenenergie in elektrische Energie um, so wie eine Batterie chemische Energie in elektrische Energie umwandelt oder ein Automotor chemische Energie in mechanische Energie umwandelt oder ein Elektromotor (in einem Elektrofahrzeug<\/a>) elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Eine SPV-Zelle wandelt Sonnenenergie in elektrische Energie um. Eine Solarzelle erzeugt keinen Strom durch die Nutzung der Sonnenw\u00e4rme, sondern die einfallenden Lichtstrahlen interagieren mit den Halbleitermaterialien, um Strom zu erzeugen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Elektrizit\u00e4t kann als der Fluss von Elektronen definiert werden. Wie erzeugen Photovoltaik-Solaranlagen diesen Strom? Im Allgemeinen muss Energie zugef\u00fchrt werden, um die Elektronen vom Atomkern zu entfernen. Die Valenzelektronen (d. h. die Elektronen in der \u00e4u\u00dferen Schale des Atoms) haben die h\u00f6chsten Energieniveaus der Elektronen, die noch an das Mutteratom gebunden sind (da sie im Vergleich zu den Elektronen in der inneren Schale weit vom Kern entfernt sind). Um ein Elektron vollst\u00e4ndig aus dem Atom zu entfernen, ist zus\u00e4tzliche Energie erforderlich, so dass freie Elektronen ein h\u00f6heres Energieniveau haben als Valenzelektronen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die obige Abbildung zeigt ein Energiebanddiagramm, das zwei Energieniveaus, ein Valenzband und ein Leitungsband, aufweist. Die Valenzelektronen befinden sich im Valenzband und die freien Elektronen im h\u00f6heren Leitungsband. In Halbleitern gibt es eine L\u00fccke zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband. Es muss also Energie zugef\u00fchrt werden, damit die Valenzelektronen in das Leitungsband \u00fcbergehen k\u00f6nnen. Das bedeutet, dass Energie zugef\u00fchrt werden muss, um Valenzelektronen aus ihren Mutteratomen zu entfernen und zu freien Elektronen zu machen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Was sind photovoltaische Solarsysteme?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wenn reines Silizium eine Temperatur von 0 K (0 Grad Kelvin ist – 273\u00b0C) hat, sind aufgrund der kovalenten Bindungen zwischen den Atomen alle Pl\u00e4tze in den \u00e4u\u00dferen Elektronenschalen besetzt und es gibt keine freien Elektronen. Daher ist das Valenzband vollst\u00e4ndig gef\u00fcllt und das Leitungsband vollst\u00e4ndig leer. Obwohl die Valenzelektronen die h\u00f6chste Energie haben, ben\u00f6tigen sie die geringste Energie, um aus dem Atom entfernt zu werden (Ionisierungsenergie). Dies l\u00e4sst sich am Beispiel eines Bleiatoms veranschaulichen. Hier betr\u00e4gt die Ionisierungsenergie (eines gasf\u00f6rmigen Atoms) f\u00fcr die Entfernung des ersten Elektrons 716 kJ\/mol und die f\u00fcr das zweite Elektron erforderliche Energie 1450 kJ\/mol. Die \u00e4quivalenten Werte f\u00fcr Si sind 786 und 1577 kJ\/mol.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Jedes Elektron, das in das Leitungsband wandert, hinterl\u00e4sst eine freie Stelle(das so genannte Loch)<\/strong> in der Valenzbindung. Dieser Vorgang wird als Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren<\/strong> bezeichnet. Ein Loch in einem Siliziumkristall kann sich, wie ein freies Elektron, im Kristall bewegen. Das Loch bewegt sich auf die folgende Art und Weise: Ein Elektron aus einer Bindung in der N\u00e4he eines Lochs kann leicht in das Loch springen und eine unvollst\u00e4ndige Bindung, d. h. ein neues Loch, zur\u00fccklassen. Dies geschieht schnell und h\u00e4ufig – Elektronen aus nahegelegenen Bindungen tauschen ihre Positionen mit L\u00f6chern, wodurch L\u00f6cher wahllos und unberechenbar durch den Festk\u00f6rper geschickt werden; je h\u00f6her die Temperatur des Materials ist, desto unruhiger sind die Elektronen und L\u00f6cher und desto mehr bewegen sie sich.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Erzeugung von Elektronen und L\u00f6chern durch Licht ist der zentrale Prozess des photovoltaischen Gesamteffekts, der jedoch selbst keinen Strom erzeugt. W\u00e4re in einer Solarzelle kein anderer Mechanismus involviert, w\u00fcrden die durch Licht erzeugten Elektronen und L\u00f6cher eine Zeit lang wahllos im Kristall umherwandern und dann ihre Energie thermisch verlieren, wenn sie in die Valenzpositionen zur\u00fcckkehren. Um die Elektronen und L\u00f6cher zur Erzeugung einer elektrischen Kraft und eines Stroms zu nutzen, ist ein weiterer Mechanismus erforderlich – eine eingebaute „Potenzial“-Barriere.* Eine photovoltaische Zelle besteht aus zwei d\u00fcnnen Siliziumscheiben<\/strong>, die an Metalldr\u00e4hten befestigt sind.<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Bei der Herstellung der Ingots wird das Silizium vor<\/strong> dem Schneiden und Versenden vordotiert<\/strong>. Dotierung bedeutet nichts anderes, als dass dem kristallinen Siliziumwafer Verunreinigungen hinzugef\u00fcgt werden<\/strong>, um ihn elektrisch leitf\u00e4hig zu machen. Silizium hat 4 Elektronen in der \u00e4u\u00dferen Schale. Diese positiven (p-Typ)<\/strong> Dotierstoffe sind ausnahmslos Bor, das 3 Elektronen hat (dreiwertig) und als positiver Tr\u00e4ger bezeichnet wird (Annehmer) Dotierstoff.<\/strong> Der negative (n-Typ) Dotierstoff<\/strong> ist Phosphor<\/strong>, der 5 Elektronen hat (f\u00fcnfwertig) und als negativer Ladungstr\u00e4ger (Donor) Dotierstoff<\/strong>bezeichnet wird<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Eine photovoltaische Zelle enth\u00e4lt eine Sperrschicht<\/strong>, die durch entgegengesetzte elektrische Ladungen gebildet wird, die sich auf beiden Seiten einer Trennlinie gegen\u00fcberstehen. Diese Potenzialbarriere trennt selektiv die durch das Licht erzeugten Elektronen und L\u00f6cher, so dass mehr Elektronen auf die eine Seite der Zelle und mehr L\u00f6cher auf die andere Seite gelangen. Durch diese Trennung ist es weniger wahrscheinlich, dass die Elektronen und L\u00f6cher wieder zueinander finden und ihre elektrische Energie verlieren. Durch diese Ladungstrennung entsteht zwischen den beiden Enden der Zelle eine Spannungsdifferenz, die zur Erzeugung eines elektrischen Stroms in einem externen Stromkreis genutzt werden kann.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn eine Photovoltaikzelle dem Sonnenlicht ausgesetzt wird, k\u00f6nnen die als Photonen bezeichneten Lichtenergieb\u00fcndel einen Teil der Elektronen aus der unteren P-Schicht durch das am P-N-\u00dcbergang aufgebaute elektrische Feld aus ihren Bahnen in die N-Schicht schlagen. Die N-Schicht mit ihrem Elektronen\u00fcberschuss entwickelt einen Elektronen\u00fcberschussstrom, der eine elektrische Kraft erzeugt, die die zus\u00e4tzlichen Elektronen wegdr\u00fcckt. Diese \u00fcbersch\u00fcssigen Elektronen werden wiederum in den Metalldraht zur\u00fcck zur unteren P-Schicht geschoben, die einen Teil ihrer Elektronen verloren hat. So flie\u00dft der elektrische Strom weiter, bis die Sonnenstrahlen auf die Paneele treffen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Photovoltaik-Solaranlagen k\u00f6nnen nur wenig energieeffizient sein<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Heutige Photovoltaik-Solarzellen wandeln nur etwa 10 bis 14 Prozent der Strahlungsenergie in elektrische Energie um. In Kraftwerken f\u00fcr fossile Brennstoffe werden dagegen 30-40 % der chemischen Energie des Brennstoffs in elektrische Energie umgewandelt. Bei elektrochemischen Kraftwerken ist der Wirkungsgrad wesentlich h\u00f6her und liegt bei 90 bis 95<\/strong> %.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Was ist der Umwandlungswirkungsgrad einer Photovoltaikanlage? <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wirkungsgrad eines Ger\u00e4ts = N\u00fctzliche Energieabgabe \/ Energiezufuhr<\/p>\n

Im Falle eines photovoltaischen Solarsystems betr\u00e4gt der Wirkungsgrad etwa 15 %, was bedeutet, dass bei einer Zellfl\u00e4che von 1m2<\/sup> pro 100W\/m2<\/sup> einfallender Strahlung nur 15 W an den Stromkreis abgegeben w\u00fcrden. <\/p>\n

Wirkungsgrad der SPV-Zelle = 15 W\/m2\/<\/sup> 100 W\/m2<\/sup> = 15 %.<\/p>\n

Bei Blei-S\u00e4ure-Batterien k\u00f6nnen wir zwei Arten von Wirkungsgraden unterscheiden, den coulombschen Wirkungsgrad (oder Ah oder Amperestunde) und den Energiewirkungsgrad (oder Wh oder Wattstunde). Bei einem Ladevorgang, bei dem elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird, liegt der Ah-Wirkungsgrad bei etwa 90 % und der Energiewirkungsgrad bei etwa 75 %. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Funktionsprinzip eines photovoltaischen Solarsystems<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Herstellung von Solarzellen f\u00fcr photovoltaische Systeme<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Das Rohmaterial ist der am zweith\u00e4ufigsten vorkommende Quarz (Sand). Quarz ist ein weit verbreitetes Mineral. Es gibt viele Sorten, die haupts\u00e4chlich aus Kiesels\u00e4ure oder Siliziumdioxid (SiO2) mit kleinen Anteilen von Verunreinigungen wie Lithium, Natrium, Kalium und Titan bestehen.
Die Herstellung einer Solarzelle aus einem Silizium-Wafer umfasst drei Arten von Industrien
a.) Industrien, die Solarzellen aus Quarz herstellen
b.) Industrien, die Siliziumwafer aus Quarz und
c.) Industrien, die Solarzellen aus Siliziumwafern herstellen<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wie werden Silizium-Wafer in Photovoltaik-Solaranlagen hergestellt?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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In einem ersten Schritt wird reines Silizium<\/strong> durch Reduktion und Reinigung<\/strong> des unreinen Siliziumdioxids in Quarz hergestellt. Czochralski (Cz)-Verfahren:<\/strong> Die PV-Industrie verwendet derzeit zwei Hauptverfahren zur Umwandlung von Polysilizium-Rohmaterial in fertige Wafer: das monokristalline Verfahren nach dem Czochralski-Prozess (Cz) und das multikristalline Verfahren nach dem Directional-Solidification-Prozess (DS)<\/strong>. Die Hauptunterschiede zwischen diesen beiden Ans\u00e4tzen liegen in der Art und Weise, wie das Polysilizium geschmolzen wird, wie es zu einem Ingot geformt wird, in der Gr\u00f6\u00dfe des Ingots und in der Art und Weise, wie die Ingots zu Bricks f\u00fcr das Wafer-Slicing geformt werden<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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