Funktionsweise der PV
Der Begriff Photovoltaik (PV) besteht aus den Wortteilen Phos (griechisch: Licht) und Volt (Maßeinheit der elektrischen Spannung). Photovoltaik ist also die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, und zwar mithilfe von Solarzellen.
Photovoltaik muss von der sogenannten Solarthermie unterschieden werden: Durch Solarthermie wird aus der Sonnenenergie nicht elektrische, sondern thermische Energie gewonnen, also Wärme. Dafür werden sogenannte Solarkollektoren verwendet, in denen ein Wärmeträgermedium (z. B. ein Wasser-Glykol-Gemisch) durch die Sonnenenergie aufgeheizt wird. Solarthermie wird zur Gebäudeheizung und zur Warmwasserbereitung verwendet.
Photovoltaischer Effekt
Der Photovoltaische Effekt ist die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Die physikalische Grundlage dafür ist einfach: Elektronen werden durch die Energie von Photonen (z. B. bei Lichteinfall) aus ihrem Verbund herausgelöst. Dadurch ändert sich die Verteilung der vorhandenen, negativ geladenen Elektronen, und elektrische Ladung entsteht.
Wie eine Solarzelle funktioniert, erklärt von Prof. Volker Quaschnig:
In einer Solarzelle sieht dieser Prozess folgendermaßen aus (siehe auch Abbildung 2): Eine Solarzelle ist aus Halbleiter-Schichten aufgebaut, von denen eine äußere Schicht (die sogenannte n-Schicht) negativ und die andere äußere Schicht (die p-Schicht) positiv geladen ist (die Halbleiter werden vorher leitfähig gemacht, indem Fremdatome, z. B. Bor oder Phosphor, eingebracht werden). Die Schicht zwischen der p- und der n-Schicht ist der sogenannte p-n-Übergang, in dem ein elektrisches Feld besteht.
Wenn Licht auf die Solarzelle fällt, werden durch den oben beschriebenen Effekt Elektronen frei, die sich durch das elektrische Feld im p-n-Übergang bewegen und dadurch eine elektrische Spannung erzeugen. Das Entstehen der elektrischen Spannung wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.
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