Aufbau und Funktionsweise von Solarzellen

Gestern habe ich ein Haus gesehen, welches eigentlich komplett aus Solarmodulen bestand - zumindest das Dach und die Außenwände. Nun habe ich mich gefragt, wie genau diese Solarzellen eigentlich funktionieren. Was passiert, wenn die Sonne auf diese Anlagen trifft und wie wird allein dadurch das die Sonne auf die einzelnen Zellen fällt Energie erzeugt? Steht der Preis einer Solaranlage im Verhältnis zum Nutzen? Wie sieht es mit dem Wirkungsgrad aus?

Wenn Photonen (also die Lichtteilchen) auf ein Metall treffen, werden dort die Elektronen her ausgelöst. Das nennt man den photoelektrischen Effekt, für dessen Findung Albert Einstein seinen Nobelpreis bekommen hatte. Genau das passiert auch bei einer Solarzelle, jedoch werden die heraus gelösten Elektronen noch gleich in der Solarzelle aufgefangen. Diese bewegten Elektronen sind dann der erzeugte Strom, denn man dann nutzen kann.

Der Wirkungsgrad der Photovoltaikanlagen ist leider sehr gering, normale Privatanlagen erreichen 10-20% Wirkungsgrad. Zu beachten ist dabei, dass sie ineffektiver wird, je wärmer sie ist. Daher lässt sich im Sommer nur eine geringe Effektivität erreichen. Dennoch reicht ein mit Solarzellen bedecktes Dach meist aus, um den Energiebedarf eines Privathaushalts komplett zu decken, was sich spätestens nach einigen Jahren dank der fehlenden Stromrechnung durchaus lohnt. Dennoch sollte man beachten, dass sie trotzdem nicht so umweltfreundlich wie beispielsweise - zugegebenermaßen für Privatpersonen ungeeignete - Windräder sind, da sie einen hohen Stromverbrauch und eine hohe chemische Belastung an die Umwelt während der Produktion haben.

Eine Alternative ist die Solarthermie. Hier wird durch Parabolspiegel Wärme erzeugt, beispielsweise um das Haus oder das Wasser zu beheizen. Der Vorteil daran ist der im Vergleich zu Solaranlagen hohe Wirkungsgrad von 70-85%, der Nachteil ist die etwas unästhetische Form (Parabolspiegel statt flache Solarzellen) und die Nutzweise der Solarenergie, da nur Wärme und kein Strom erzeugt wird (Strom kann dadurch nur in solarthermischen Kraftwerken erzeugt werden, für Privatpersonen ist das nicht möglich).