Der Begriff der Solarzelle und Solarenergie ist in aller Munde. Immer mehr Menschen entscheiden sich für die umweltfreundliche Energie, die täglich gratis von der Sonne geliefert wird, und installieren Solarpaneele auf ihren Hausdächern oder wechseln Ihren Stromanbieter (von Atomstrom zu Ökostrom aus Sonnenenergie). Doch die wenigsten Menschen wissen, wie Sonnenenergie überhaupt funktioniert.
Vom Himmel in die Steckdose
Wie funktioniert eine Solarzelle? Wie wird das Sonnenlicht in Energie umgewandelt? Solche Fragen werden möglicherweise im Physikunterricht in der Schule behandelt, aber Erwachsene finden im Alltagsleben eher selten Antworten darauf. Auf dieser Seite versuchen wir die Sonnenenergie für den Laien zu erklären.
Das Sonnenlicht besteht zum Teil aus sogenannten Photonen, die voller Energie stecken. Das Wort Photon leitet sich vom griechischen Wort „Photos“ (Licht) ab, welches auch der Fotografie ihren Namen gegeben hat. Auf Deutsch werden Photonen auch Lichtteilchen genannt. Zu den bekanntesten Wissenschaftlern, die sich mit Photonen beschäftigt haben, gehörten u.a. Albert Einstein (der dafür 1921 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde), Werner Heisenberg und Paul Dirac – während der Begriff Photon selbst durch den britischen Chemiker Gilbert Newton Lewis geprägt wurde.
Damit die Photonen in Energie umgewandelt werden können, wird ein sogenannter Halbleiter benötigt, der elektrischen Strom weiterleitet. Dass bestimmte Gegenstände Strom leiten können, wurde bereits im 18.Jahrhundert erkannt, doch erst der deutsche Physiker Georg Simon Ohm konnte 1825 das nach ihm benannte Ohmsche Gesetz aufstellen, dass die Stromleitung mit einer Formel berechnete.
Soweit der Hintergrund. Kommen wir nun zu unserer speziellen Frage: Wie funktioniert eine Solarzelle? Solarzellen bestehen in erster Linie aus dem chemischen Element Silizium, das schon lange für seine hohe Leitfähigkeit bekannt ist. Rohsilizium wird heute industriell hergestellt und braucht nicht in der Natur abgebaut zu werden. Für Solarzellen wird das Rohsilizium durch Reinigungsprozesse im Labor in Polysilizium umgewandelt. Deutschland gehört neben den USA und China zu den größten Produzenten von Polysilizium.
Die Solarzelle als Batterie
Treffen nun die Photonen des Sonnenlichtes auf das Polysilizium der Solarpaneele, erzeugen diese positive und negative Ladungen, die wiederum Strom erzeugen. Das funktioniert in etwa so wie bei einer Batterie, deren Energie ebenfalls nur weitergeleitet werden muss. Problematisch ist derzeit noch die Tatsache, dass Solarzellen lediglich 25 Prozent der empfangenen Sonnenstrahlen tatsächlich in elektrische Energie umwandeln können. Eine Standardsolarzelle in den Maßen 50 x 50 Zentimetern bringt es so auf 30 Kilowatt. Daher wird derzeit intensiv daran gearbeitet, die Produktivität der Solarzellen zu erhöhen, zum Beispiel indem mit anderen Halbleitern experimentiert wird und mit Reflexionen, die das Sonnenlicht mehrmals auf die Solarpaneele zurückwerfen.
Schlussendlich bleibt zu sagen, dass die Solarzellen eine sehr umweltfreundliche Möglichkeit sind, Energie in Form von Strom zu gewinnen. Eine Installation von Solarpanelen auf dem Dach sorgt letztlich dafür, dass wir insgesamt Energie sparen können, für die wir sonst bezahlen müssten und zusätzlich leisten wir unseren Teil für die Nachhaltigkeit gegenüber der Umwelt. Eine klassische Win-Win-Situation.
