Der englische Originaltext

Die deutsche Übersetzung

Photovoltaic (solar cell) Systems


Solar cells convert sunlight directly into electricity. Solar cells are often used to power calculators and watches. They are made of semiconducting materials similar to those used in computer chips. When sunlight is absorbed by these materials, the solar energy knocks electrons loose from their atoms, allowing the electrons to flow through the material to produce electricity. This process of converting light (photons) to electricity (voltage) is called the photovoltaic (PV) effect.



Solar cells are typically combined into modules that hold about 40 cells; a number of these modules are mounted in PV arrays that can measure up to several meters on a side. These flat-plate PV arrays can be mounted at a fixed angle facing south, or they can be mounted on a tracking device that follows the sun, allowing them to capture the most sunlight over the course of a day. Several connected PV arrays can provide enough power for a household; for large electric utility or industrial applications, hundreds of arrays can be interconnected to form a single, large PV system.



Thin film solar cells use layers of semiconductor materials only a few micrometers thick. Thin film technology has made it possible for solar cells to now double as rooftop shingles, roof tiles, building facades, or the glazing for skylights or atria. The solar cell version of items such as shingles offer the same protection and durability as ordinary asphalt shingles.



Some solar cells are designed to operate with concentrated sunlight. These cells are built into concentrating collectors that use a lens to focus the sunlight onto the cells. This approach has both advantages and disadvantages compared with flat-plate PV arrays. The main idea is to use very little of the expensive semiconducting PV material while collecting as much sunlight as possible. But because the lenses must be pointed at the sun, the use of concentrating collectors is limited to the sunniest parts of the country. Some concentrating collectors are designed to be mounted on simple tracking devices, but most require sophisticated tracking devices, which further limit their use to electric utilities, industries, and large buildings.



The performance of a solar cell is measured in terms of its efficiency at turning sunlight into electricity. Only sunlight of certain energies will work efficiently to create electricity, and much of it is reflected or absorbed by the material that make up the cell. Because of this, a typical commercial solar cell has an efficiency of 15%-about one-sixth of the sunlight striking the cell generates electricity. Low efficiencies mean that larger arrays are needed, and that means higher cost. Improving solar cell efficiencies while holding down the cost per cell is an important goal of the PV industry, NREL researchers, and other U.S. Department of Energy (DOE) laboratories, and they have made significant progress. The first solar cells, built in the 1950s, had efficiencies of less than 4%.


Photovoltaik-Anlage (Solarzellen)

Übersetzung: Ann-Bettina Schmitz, ABS-TextandMore

Solarzellen verwandeln Sonnenlicht direkt in Elektrizität. Solarzellen werden oft in Taschenrechnern und Uhren verwendet. Sie werden aus Halbleitermaterialien, ähnlich den in Computerchips verwendeten, hergestellt. Wenn von diesen Materialien Sonnenlicht absorbiert wird, werden Elektronen aus ihren Atomen heraus geschlagen und treiben dann frei durch das Material, wodurch Elektrizität erzeugt wird. Dieser Prozess, bei dem Licht (Photonen) in Elektrizität (Voltage) umgewandelt wird, heißt Photovoltaik (PV).


Solarzellen werden typischerweise in Modulen mit ungefähr 40 Zellen zusammengefasst; diese Module werden zu PV Arrays montiert, die eine Seitenlänge von mehreren Metern haben können. Diese ebenen PV Arrays können in einem festen Winkel in Südausrichtung montiert werden oder auf einem nachführbaren Gestell, das dem Sonnenstand folgt, um im Lauf des Tages das meiste Sonnenlicht einzufangen. Mehrere miteinander verbundene PV Arrays können genug Energie für einen Haushalt liefern; für große elektrische Kraftwerke oder industrielle Anwendungen können Hunderte dieser Arrays miteinander verbunden werden, um ein einziges, großes PV System zu bilden.


Dünnfilm-Solarzellen nutzen nur wenige Mikrometer dicke Lagen aus Halbleitermaterialien. Diese Dünnfilm-Technologie hat es ermöglicht, dass Solarzellen heute gleichzeitig als Dachschindel, Dachziegel, Hausfassaden oder Verglasung für Oberlichter oder Atrien dienen können. Die Solarzellen-Versionen bieten, z. B. bei Dachziegeln, den gleichen Schutz und die gleiche Haltbarkeit wie normale Dachziegel.


Einige Arten von Solarzellen sind zur Verarbeitung von konzentriertem Sonnenlicht konstruiert. Sie werden in Sammlern eingebaut, die eine Linse nutzen, um das Sonnenlicht zu konzentrieren. Dieses Vorgehen hat sowohl Vor- als auch Nachteile im Vergleich zu ebenen PV Arrays. Die prinzipielle Idee dieser Technik besteht darin, so wenig wie möglich des kostbaren Halbleitermaterials zu verwenden, um so viel Sonnenlicht wie möglich einzufangen. Da die Linsen aber auf die Sonne ausgerichtet sein müssen, beschränkt sich der Gebrauch dieser Sammler auf die sonnigsten Gebiete des Landes. Einige Sammler wurden zur Montage auf einfache nachführbare Gestelle entworfen, die meisten Sammler erfordern aber ein ausgereiftes Nachführsystem, was ihren Gebrauch weiter einschränkt auf Elektrizitätswerke, Industrien und große Gebäude.


Die Leistung einer Solarzelle wird durch ihre Effektivität bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität definiert. Nur Sonnenlicht mit einer bestimmten Energie kann effektiv zur Erzeugung von Elektrizität verwandt werden. Ein großer Teil des Sonnenlichts wird reflektiert oder von dem Material der Zelle absorbiert. Daher haben handelsübliche Solarzellen einen Wirkungsgrad von 15 % - ungefähr ein Sechstel des einfallenden Sonnenlichts erzeugt Elektrizität. Ein geringer Wirkungsgrad bedeutet, dass größere Arrays benötigt werden, und dies bedeutet höhere Kosten. Die Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen bei gleichbleibend geringen Kosten pro Zelle ist ein wichtiges Ziel der Photovoltaik-Industrie, NREL Forschern und anderen Labors des U. S. Department of Energy (DOE). Und sie haben beachtliche Fortschritte erzielt. Die ersten, in 1950-er Jahren gebauten, Solarzellen hatten einen Wirkungsgrad von 4 %.