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Vom Sonnenlicht zum Strom: Wie funktioniert eine Solarzelle?

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Die Solarenergie macht jährlich aktuell gut ein Prozent des weltweit generierten Stromes aus, und die Branche wächst rasant. Hinter allen Solaranlagen stecken kleine Siliziumstücke, die die Energie der Sonne in nutzbaren Strom umwandeln.

Im weitesten Sinne arbeiten alle Solarzellen gleich. Wenn Sonnenenergie auf sie trifft, werden Elektronen in der Zelle angeregt, die sich dann ablösen. Die Aufgabe der  Zelle liegt darin, diesen Elektronen einen Anreiz zu geben, einen Leiter wie Silber oder Kupfer zu finden. Wenn es darum geht, wie teuer oder effizient eine Zelle für den Hersteller ist, spielen Design, Konstruktion und Dicke der Zellen eine Rolle. Diese wichtigen Faktoren sind hierbei zu beachten.

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Die Art der Solarzelle ist entscheidend

Bei traditionellen Solarzellen gibt es zwei Konstruktionstypen, die auf Silizium basieren.

  • Multikristalline Silizium-Solarzellen bestehen aus Siliziumteilen, die zu Wafern und dann zu einer Solarzelle zusammengebaut werden. Dieses Design ist zwar kostengünstiger als monokristalline Zellen, aber weniger effizient.
  • Monokristalline Solarzellen werden aus einem Kristall hergestellt, der geformt und zu Wafern geschnitten wird. Daraus werden dann Zellen hergestellt. Der Prozess ist teurer als multikristalline Zellen, aber die Reinheit lässt die Elektronen besser fließen und erzeugt mehr Strom pro Zelle. JinkoSolar (WKN:A0Q87R) stellt multikristalline Zellen her, die einen Wirkungsgrad von durchschnittlich 18,7 % erzielen. Monokristalline Zellen weisen einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 21 % auf.

Sobald der Wafer hergestellt ist, wird darum eine Zelle gebildet. Es gibt zwei Haupttypen von Solarzellen: den P-Typ und den N-Typ. Der Unterschied besteht darin, wie der Siliziumwafer mit Bor (P-Typ), Phosphor (N-Typ) oder anderen Elementen kombiniert wird, um die Leistung der Zelle zu erhöhen. Es kommt dabei auf die Eigenschaften an, die die verschiedenen Zeltkonstruktionen aufweisen.

  • P-Solarzellen sind heute am weitesten verbreitet und bieten die Grundlage für das Wachstum der Solarindustrie der letzten zehn Jahre. Der Vorzug für P-Zellen geht auf die Zeit zurück, als Anwendungen im Weltraum am wichtigsten für die Solarindustrie waren. Deren Vorteil basiert auf dieser Dynamik. In der Standard-Version kann eine Solarzelle des Typ P einen Wirkungsgrad von bis zu 19 % erreichen. Das bedeutet, dass die meisten Solarmodule einen Wirkungsgrad von 15-17 % erreichen. Der Nachteil ist, dass diese Zellen in der Regel nicht den Wirkungsgrad von N-Zellen erreichen und unter einer lichtinduzierten Degradation leiden, die in den ersten Wochen des Betriebs die Leistung um 2-4 % reduziert.
  • Die N-Zellen haben in der Regel einen höheren Wirkungsgrad und leiden nicht so sehr unter der Degradation wie P-Zellen. Traditionell sind sie jedoch teurer, was ihren Einsatz auf hocheffiziente Anwendungen wie die Zellen von SunPower (WKN:A1JNM7) beschränkt.

Wie erwartet, gibt es immer einen Kompromiss zwischen Kosten und Nutzen bei der Auswahl des Siliziums bei P- und N-Zellen – je nachdem, was der Hersteller aussucht und wie die Strategie in der Industrie gerade aussieht.

Wer stellt welche Solarzellen her?

Die meisten großen chinesischen Hersteller produzieren eine Kombination von Multi- und Mono-P-Solarzellen. Canadian Solar (WKN:A0LCUY), JinkoSolar und JA Solar (WKN:A0F5W9) stellen multi- oder monokristalline Zellen her. Hanwha Q Cells (WKN:863383) konzentriert sich auf die Herstellung multikristalliner Zellen.

Das SunPower das einzige Unternehmen ist, dessen Hauptgeschäft monokristalline N-Solarzellen sind, stellt es auch die effizientesten Solarmodule der Welt her.

Klar ist, dass der Markt aufgrund des höheren Wirkungsgrades in Richtung monokristalliner Solarzellen tendiert und bald auch auf weitere N-Zellen umsteigen könnte. Sich hierbei Vorteile in der Produktion zu erarbeiten, könnte für die Solarhersteller sehr wichtig sein.

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The Motley Fool hält keine der erwähnten Aktien.

Dieser Artikel wurde von Travis Hoium auf Englisch verfasst und am 23.09.2017 auf Fool.com veröffentlicht. Er wurde übersetzt, damit unsere deutschen Leser an der Diskussion teilnehmen können.

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