Das Prinzip der Stromerzeugung mit Solarzellen

Die Sonne scheint auf den PN-Übergang eines Halbleiters und erzeugt ein neues Elektron-Loch-Paar. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes des PN-Übergangs fließt das Loch von der P-Zone zur N-Zone und das Elektron von der N-Zone zur P-Zone. Sobald der Stromkreis geschlossen ist, fließt Strom. So funktionieren Solarzellen mit photoelektrischem Effekt.

Solarenergieerzeugung Es gibt zwei Arten der Solarenergieerzeugung: die eine ist die Umwandlung von Licht in Wärme in Elektrizität, die andere die direkte Umwandlung von Licht in Elektrizität.

(1) Das Licht-Wärme-Strom-Umwandlungsverfahren nutzt die durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärmeenergie zur Stromerzeugung. Im Allgemeinen wird die absorbierte Wärmeenergie durch den Solarkollektor in Dampf des Arbeitsmediums umgewandelt, der anschließend von einer Dampfturbine zur Stromerzeugung angetrieben wird. Der erste Prozess ist die Licht-Wärme-Umwandlung; der zweite Prozess ist die Wärme-Strom-Umwandlung.

(2) Der photoelektrische Effekt wird genutzt, um Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Das grundlegende Bauelement dieser Umwandlung ist die Solarzelle. Sie ist eine Halbleiter-Fotodiode, die Sonnenlichtenergie mithilfe des Photogenerierungseffekts direkt in elektrische Energie umwandelt. Trifft Sonnenlicht auf die Fotodiode, wandelt diese die Sonnenenergie in elektrische Energie um und erzeugt Strom. Durch die Reihen- oder Parallelschaltung vieler Zellen lässt sich ein quadratisches Solarzellenfeld mit relativ hoher Ausgangsleistung erzeugen.

Gegenwärtig ist kristallines Silizium (einschließlich Polysilizium und monokristallinem Silizium) das wichtigste Photovoltaikmaterial, sein Marktanteil beträgt mehr als 90%, und es wird auch in Zukunft für einen langen Zeitraum das wichtigste Material für Solarzellen bleiben.

Lange Zeit wurde die Produktionstechnologie von Polysiliziummaterialien von 10 Fabriken von 7 Unternehmen in 3 Ländern, nämlich den USA, Japan und Deutschland, kontrolliert, was eine technologische Blockade und ein Marktmonopol zur Folge hatte.

Die Nachfrage nach Polysilizium stammt hauptsächlich aus der Halbleiter- und Solarzellenindustrie. Je nach Reinheitsanforderungen wird es in Elektronik- und Solarsilizium unterteilt. Elektroniksilizium macht dabei etwa 55 % und Solarsilizium etwa 45 % aus.

Mit der rasanten Entwicklung der Photovoltaikindustrie wächst die Nachfrage nach Polysilizium für Solarzellen schneller als die Entwicklung von Polysilizium für Halbleiter. Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach Solar-Polysilizium bis 2008 die Nachfrage nach Polysilizium in Elektronikqualität übersteigen wird.

1994 betrug die weltweite Solarzellenproduktion lediglich 69 MW, 2004 waren es bereits fast 1200 MW – eine Steigerung um das 17-Fache innerhalb von nur zehn Jahren. Experten prognostizieren, dass die Photovoltaikbranche in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts die Kernenergie als eine der wichtigsten Energiequellen ablösen wird.