Wie aus einem Wafer, das ist die am Anfang des Herstellungsprozesses stehende, 0,2 – 0,3 mm dicke „Grundplatte“ des Halbleitermaterials, am Ende eine PV- Anlage wird, die Solarstrom ins allgemeine Netz einspeist, zeigt Abb. 6.

Solarzellen

Für Solarzellen können eine Vielzahl von Halbleitermaterialien verwendet werden. Weltweit beruhen noch ca. 95% aller Zellen auf der Basis von Silizium. Man unterscheidet (mono- oder poly-) kristalline Zellen, bei denen aus Siliziumkristallblöcken die Wafer gesägt werden, und amorphe Zellen, die nur wenige tausendstel Millimeter dick und deren Atome völlig ungeordnet sind.
Kristalline Zellen (Marktanteil: 88%) haben den Vorteil eines hohen elektrischen Wirkungsgrades und gut handhabbaren Herstellungsprozesses. Nachteile sind der hohe Energiebedarf bei der Siliziumschmelze (ca. 1.500 °C) sowie die Materialverluste beim Sägen der Wafer und aufgrund der erforderlichen Materialdicken der Zellen. Meistens erscheinen kristalline Zellen durch die Antireflexbeschichtung blau bis schwarz.

Amorphe Siliziumzellen gehören zu den Dünnschichtsolarzellen (Marktanteil insgesamt: 12%), zu denen u. a. auch die Cadmium- Tellurid-Zelle oder die polykristalline- Bandsilizium- Zelle zählen. Bei diesen wird das Solarzellenmaterial als dünne Schicht bei Temperaturen zwischen 200 und 700 °C direkt auf ein Trägermaterial (z. B. Glas, Metallfolie, Kunststoff) aufgetragen. Dünnschichtzellen haben den Vorteil, dass die Herstellung weniger Energie und Material benötigt und sich diese Zellen direkt als Großflächen in fast beliebigen Geometrien produzieren lassen.
Weiterhin lassen sich auch mehrere Zellen mit Spezialisierungen auf unterschiedliche Farbbereiche des Sonnenlichts „übereinanderstapeln“ (Tandemzelle, Tripelzelle). Nachteilig ist, dass der elektrische Wirkungsgrad nur etwa halb so hoch ist wie bei den kristallinen Zellen.

Photovoltaik- Module

Typischerweise 40 – 80 Solarzellen werden zu einem PV- Modul zusammengeschaltet. Ein übliches kristallines Standardmodul hat eine Leistung von 100 – 250 Watt, eine Fläche von 0,6 – 1,8 m² und wiegt 10 – 25 kg. Bei einer Parallelschaltung vergrößert sich die Stromstärke bei gleichbleibender Spannung; durch Serienschaltung wird eine Spannungserhöhung bei gleichbleibender Stromstärke erreicht. Hierbei bestimmt die Solarzelle, die der geringsten Lichtintensität ausgesetzt ist (z. B. durch zeitweilige Verschattung), den Stromfluss und damit die Leistung des gesamten Moduls. Auf dem Markt werden derzeit 800 verschiedene Module von mehr als 100 Herstellern angeboten.

Photovoltaikanlagen

PV- Anlagen speisen weit überwiegend ins allgemeine Stromnetz ein, d. h., sie werden netzgekoppelt betrieben (Abb. 7). Dabei wandelt ein Wechselrichter die Modul- Gleichspannung in 230 Volt- Wechselspannung um. Wechselrichter müssen auf die jeweiligen Module abgestimmt sein und sind bislang das störanfälligste Bauteil einer PV- Anlage. Wurden bislang fast alle netzgekoppelten Anlagen auf oder an Gebäuden realisiert, so sind in letzter Zeit vermehrt sehr große Freiflächenanlagen entstanden, die idealerweise nur auf vorbelasteten Flächen (z. B. ehemalige Deponien) entstehen sollen. Der andere Teil der PV- Anlagen sind autonome Anlagen, die entweder ein netzfernes Gebäude (z. B. eine Alpenhütte) oder ein Gerät an einem netzfernen Standort (Abb. 8) mit Strom versorgen. Derartige Anlagen benötigen wiederaufladbare Batterien (Akkus) und Regelsysteme, die die wechselhafte Sonneneinstrahlung und Energienachfrage „managen“.