Solarmodule wirken auf dem Dach oft unscheinbar. Sie machen keinen Lärm, bewegen sich nicht und produzieren dennoch täglich Energie. Doch was im Inneren dieser dunklen Platten passiert, ist faszinierende Physik. Um zu verstehen, wie aus Licht Strom wird, lohnt sich ein Blick in das kleinste Bauteil der Anlage: die Solarzelle.
Das Basismaterial: Sand als Hightech-Produkt
Fast alle modernen Solarzellen bestehen aus Silizium. Das ist im Grunde nichts anderes als hochreiner Quarzsand. Silizium ist ein sogenannter Halbleiter. Das bedeutet: Unter normalen Umständen leitet es keinen Strom. Erst wenn Energie (in Form von Licht oder Wärme) hinzugefügt wird, ändert sich dieser Zustand. Genau diese Eigenschaft macht man sich zunutze.
Der Aufbau: Ein geladenes Sandwich
Eine einzelne Solarzelle ist aufgebaut wie ein Sandwich aus zwei hauchdünnen Siliziumschichten. Damit Strom fließen kann, werden diese Schichten chemisch leicht verändert („dotiert“): Die obere Schicht wird mit Phosphor angereichert. Dadurch herrscht hier ein Überfluss an Elektronen (negativ geladen). Die untere Schicht wird mit Bor versehen. Hier herrscht ein Mangel an Elektronen (positiv geladen). Legt man diese beiden Schichten aufeinander, entsteht an der Grenzfläche automatisch eine elektrische Spannung. Ein unsichtbares elektrisches Feld baut sich auf. Die Zelle ist nun „scharf geschaltet“ und wartet nur noch auf den Auslöser.
Der Prozess: Licht bringt Bewegung
Trifft nun ein Sonnenstrahl auf die Zelle, passiert das Entscheidende. Sonnenlicht besteht aus winzigen Energieteilchen, den Photonen. Wenn diese Photonen auf die Siliziumschicht knallen, übertragen sie ihre Energie auf die dortigen Elektronen. Man kann sich das wie beim Billard vorstellen: Die weiße Kugel (Sonnenlicht) trifft auf die bunten Kugeln (Elektronen) und schießt sie aus ihrer Ruheposition. Die Elektronen sind nun frei beweglich.
Der Stromfluss: Ordnung im Chaos
Würde das elektrische Feld fehlen, würden die gelösten Elektronen einfach ziellos umherschwirren. Doch durch die oben beschriebene Spannung im „Sandwich“ werden die Elektronen gezwungen, sich in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Sie wandern zur negativ geladenen Seite der Zelle. Auf der Ober- und Unterseite der Solarzelle befinden sich feine Metallkontakte (die silbernen Linien, die man oft sieht). Diese fungieren als Autobahn für die Elektronen. Sie sammeln die freigesetzten Teilchen ein und leiten sie ab. Diese gerichtete Bewegung von Elektronen ist nichts anderes als elektrischer Strom. Da die Elektronen immer in die gleiche Richtung fließen, entsteht hier Gleichstrom (DC).
Fazit: Verschleißfreie Energie
Das Geniale an diesem Vorgang: Er nutzt sich nicht ab. Es werden keine Materialien verbrannt oder mechanisch bewegt. Solange die Sonne scheint, werden Elektronen angestoßen, fließen durch den Kreislauf zum Wechselrichter (wo sie in Haushaltsstrom umgewandelt werden) und kehren wieder zurück, um erneut angestoßen zu werden. Das macht Solarmodule zu einem der langlebigsten Stromerzeuger überhaupt.