Das Prinzip der Stromerzeugung mit Solarmodulen

Die Sonne scheint auf den pn-Übergang des Halbleiters und bildet ein neues Loch-Elektron-Paar. Unter der Einwirkung des elektrischen Feldes des pn-Übergangs fließt das Loch vom p- zum n-Bereich und das Elektron vom n- zum p-Bereich. Beim Verbinden des Stromkreises entsteht Strom. So funktionieren Solarzellen mit photoelektrischem Effekt.

Stromerzeugung durch Solarenergie Es gibt zwei Arten der Stromerzeugung durch Solarenergie: die Umwandlung von Licht in Wärme in Elektrizität und die direkte Umwandlung von Licht in Elektrizität.

(1) Die Licht-Wärme-Strom-Umwandlung nutzt die durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärmeenergie zur Stromerzeugung. Die aufgenommene Wärmeenergie wird im Allgemeinen vom Solarkollektor in Dampf des Arbeitsmediums umgewandelt, und anschließend wird die Dampfturbine zur Stromerzeugung angetrieben. Der erste Prozess ist die Licht-Wärme-Umwandlung; der zweite Prozess ist die Wärme-Strom-Umwandlung.

(2) Der photoelektrische Effekt nutzt die Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie um. Das Grundgerät für die photoelektrische Umwandlung ist die Solarzelle. Sie wandelt Sonnenlicht durch den Photovoltaikeffekt direkt in elektrische Energie um. Es handelt sich um eine Halbleiter-Photodiode. Scheint die Sonne auf die Photodiode, wandelt diese die Sonnenstrahlung in elektrische Energie um und erzeugt Strom. Durch Reihen- oder Parallelschaltung mehrerer Zellen entsteht ein quadratisches Solarzellenfeld mit relativ hoher Ausgangsleistung.

Derzeit ist kristallines Silizium (einschließlich Polysilizium und monokristallines Silizium) das wichtigste Photovoltaikmaterial, sein Marktanteil liegt bei über 90 % und wird auch in Zukunft noch lange Zeit das Hauptmaterial für Solarzellen bleiben.

Lange Zeit wurde die Produktionstechnologie für Polysiliziummaterialien von zehn Fabriken siebener Unternehmen in drei Ländern, nämlich den USA, Japan und Deutschland, kontrolliert, wodurch eine technologische Blockade und ein Marktmonopol entstand.

Der Bedarf an Polysilizium stammt hauptsächlich aus Halbleitern und Solarzellen. Je nach Reinheitsanforderungen wird es in elektronisches und solares Silizium unterteilt. Davon entfallen etwa 55 % auf elektronisches Polysilizium und 45 % auf solares Polysilizium.

Aufgrund der rasanten Entwicklung der Photovoltaikindustrie wächst die Nachfrage nach Polysilizium für Solarzellen schneller als die Entwicklung von Polysilizium für Halbleiter. Man geht davon aus, dass die Nachfrage nach Polysilizium für Solarzellen bis 2008 die Nachfrage nach Polysilizium für die Elektronikindustrie übersteigen wird.

1994 lag die weltweite Gesamtproduktion von Solarzellen bei lediglich 69 MW, 2004 waren es bereits fast 1200 MW – eine 17-fache Steigerung in nur 10 Jahren. Experten prognostizieren, dass die Photovoltaikindustrie in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts die Kernenergie als eine der wichtigsten Basisenergiequellen überholen wird.