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Die Solarzelle

Funktionsweise

Die Solarzelle ist vom Aufbau her eine (Foto-)Diode. Eine normale Solarzelle aus kristallinem Silizium hat eine dünne n-Siliziumschicht und darunter eine dickere p-Siliziumschicht. Licht genügender Energie (unter etwa 1000 nm Wellenlänge) kann im Silizium Elektronen/Loch-Paare erzeugen. Dieser Vorgang heißt innerer lichtelektrischer Effekt. Die frei gewordenen Elektronen werden durch die positive obere Schicht der Sperrschicht zum n-Si gezogen. Im n-Si kommt es zum Elektronenüberschuss (wie der -Pol einer Batterie).

Eigenschaften

Der Fotostrom ist proportional zur Lichtintensität. Die Kennlinie entspricht der einer Siliziumdiode, die um den Fotostrom verschoben ist. Durch den Aufbau als Diode ist die Spannung der Solarzelle auf etwa 0,5-0,6 V begrenzt. Mit zunehmender Spannung fließt ein Teil des Fotostroms intern durch die Diode. Um besser nutzbare, höhere Spannungen zu erhalten, werden mehrere Zellen zu einem Modul hintereinandergeschaltet. Die Module bieten auch gleich einen mechanischen Schutz.

Die Nennleistung in den Datenblättern bezieht sich auf pralle Sonne (100mW/cm²). Typisch führt das zu einen Strom von etwa 20 mA je Quadratzentimeter. Bei typischer Beleuchtung in Innenräumen muss mit deutlich weniger, eher so 1-10% der Nennleistung gerechnet werden. Die Spannung nimmt dabei aber nur wenig (etwa 50-150 mV) ab. Der Wirkungsgrad ist für kristalline Solarzellen für weiße LEDs oder Energiesparlampen noch etwas geringer als für das Licht von Glühlampen oder Sonnenlicht.

Als Spannungsquelle sind Solarzellen normalerweise Kurzschlussfest. Erst bei der Reihenschaltung vieler Zellen werden ggf. zusätzliche Dioden als Schutz benötigt, um zu verhindern das einzelne Zellen einer zu hohe Spannung in Rückwärtsrichtung ausgesetzt werden.

Das Bild zeigt eine Solarzelle

Wirkungsgrade von Solarzellen

Material typischer Wirkungsgrad
amorphes Silizium 5-10 %
polykristallines Silizium 10-15 %
monokristallines Silizium 12-18%
Galliumarsenid (Einschicht) 15-20%
Galliumarsenid (Mehrschicht) 20-25%

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Mobile Anwendungen

Pro Fläche und auch aufs Gewicht bezogen liefern Solarzellen relativ wenig Leistung. In der Regel wird man also einen Puffer (Akkus, Kondensatoren ?) brauchen, um kurzzeitig höhere Leistung zur Verfügung zu stellen. Der Strom ist auch relativ teuer (durch den Preis für die Solarzellen und die Akkus), so dass es sich lohnt sparsam damit umzugehen.

Bei einer eher kleinen Fläche lohnt es in der Regel nicht die Solarzelle der Lichtquelle nachzuführen. Oft wird nämlich die Mechanik zum Nachführen schwerer als eine größere Solarzelle um einen schrägen Einfall auszugleichen.


--Elektronikus 16:47, 25. Nov 2005 (CET)

Einfache Schaltung

Um einen Akku zu laden benötigt es eine Schaltung. Damit sich der Akku nicht selbstentladet brnötigt es eine Diode. Wenn der Akkutyp sensibel auf Spannungsschwankungen ist, benötigt es eine Spannungssteuerung.

Das Bild zeigt eine Schaltung um einen Akku mit einer Solarzelle zu laden

Weblinks:

Wikipedia: Solarzelle


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