Sonnenstrahlung im roten bis violetten Wellenlängenbereich sprengt eine Solarzelle mit genügend Energie, um Strom zu erzeugen. Aber Solarzellen reagieren nicht auf alle Formen von Licht. Wellenlängen im Infrarotspektrum haben zu wenig Energie, um Elektronen im Silizium der Solarzelle zu drängen, wodurch elektrischer Strom erzeugt wird. Ultraviolette Wellenlängen haben zu viel Energie. Diese Wellenlängen erzeugen einfach Wärme, die die Effizienz einer Zelle verringern kann. Solarzellen benötigen bestimmte Wellenlängen im Lichtspektrum, um nutzbare Strommengen zu erzeugen.
Anatomie einer Solarzelle
Eine Solar- oder Photovoltaikzelle ist ein zweischichtiges Sandwich aus Silizium; eine Schicht, die als N-Typ bezeichnet wird, enthält Spuren von Elementen wie Arsen, um dem Material eine negative elektrische Ladung zu verleihen; die zweite Schicht, die als P-Typ bezeichnet wird, ist mit anderen Elementen verbunden, die eine positive Ladung abgeben. Elektrisch wirken die beiden Seiten wie die Pole einer Batterie; Beim Anschluss an einen Stromkreis fließt ein elektrischer Strom von der positiven Seite, durch die Schaltungskomponenten und zur negativen Seite der Solarzelle. Einige Solarzellen verwenden Silizium in Kristallform; andere verwenden amorphes oder glasartiges Silizium. Kristallines Silizium neigt dazu, Licht effizienter umzuwandeln, kostet aber mehr als das amorphe.
Einfluss der Helligkeit
Helligkeit oder Leuchtkraft ist die Lichtmenge, die auf eine Solarzelle scheint. Bei völliger Dunkelheit produziert eine Zelle keinen Strom. Mit zunehmender Lichtmenge steigt auch der Strom der Zelle. Ab einer bestimmten Helligkeit erreicht die Leistung der Zelle jedoch eine Grenze; über diesen Punkt hinaus gibt mehr Licht keinen zusätzlichen Strom. Die Spezifikationen einer Solarzelle umfassen eine Nennspannung und einen Nennstrom, der die Leistung der Zelle bei direktem hellem Sonnenschein ist. Um die maximale Leistung einer Solarzelle zu erzielen, ist es wichtig, sie so direkt wie möglich der Sonne zuzuwenden. Ein Installateur von Solarmodulen montiert zum Beispiel ein Modul in einem Winkel, der die meisten Sonnenstrahlen einfängt. Der Winkel hängt davon ab, wo Sie sich auf der Erde befinden: Je weiter nördlich oder südlich Sie vom Äquator entfernt sind, desto steiler ist der Winkel. Einige Solarkraftwerke haben Paneele auf einem Mechanismus, der sich neigt, um die tägliche Bewegung der Sonne am Himmel zu verfolgen.
Spektrum, Wellenlänge und Farbe
Sichtbares Licht ist Teil des elektromagnetischen Spektrums, einer Energieform, die auch Radiowellen, Ultraviolett und Röntgenstrahlen umfasst. Die im sichtbaren Licht enthaltenen Farben des Regenbogens repräsentieren verschiedene Wellenlängen; die Wellenlänge der Farbe Rot beträgt zum Beispiel etwa 700 Nanometer oder milliardstel Meter, und 400 Nanometer ist die Wellenlänge für Violett. Solarzellen reagieren auf viele der gleichen Wellenlängen, die das menschliche Auge erkennt.
Sonnenlicht oder künstliches Licht
Solarzellen funktionieren im Allgemeinen gut mit natürlichem Sonnenlicht, da die meisten Anwendungen für solarbetriebene Geräte im Freien oder im Weltraum liegen. Da künstliche Lichtquellen wie Glüh- und Leuchtstofflampen das Spektrum der Sonne nachahmen, können Solarzellen auch in Innenräumen arbeiten und kleine Geräte wie Taschenrechner und Uhren mit Strom versorgen. Andere künstliche Quellen wie Laser und Neonlampen haben sehr eingeschränkte Farbspektren; Solarzellen können mit ihrem Licht nicht so effektiv arbeiten.