Photovoltaik

Der Ausbau von Solaranlagen boomt. Laut Statistischem Bundesamt waren im April 2024 gut 3,4 Millionen Photovoltaikanlagen auf Dächern und Grundstücken in Deutschland installiert – mit einer Nennleistung von insgesamt rund 81 500 Megawatt. Damit nahm die Zahl der Anlagen gegenüber dem Vorjahresmonat um knapp 30 Prozent zu, während die installierte Leistung in diesem Zeitraum um mehr als 20 Prozent stieg.

Kernstück einer jeden Photovoltaikanlage sind Solarzellen, in denen Sonnenlicht direkt in Strom umgewandelt wird. Die Grundlage dafür bildet die Wechselwirkung von Licht mit Materie über den sogenannten photoelektrischen Effekt: Das Solarmodul absorbiert Lichtteilchen von der Sonne, wodurch freie Ladungsträger im Material entstehen. Die negativ geladenen Elektronen können nun über einen äußeren Stromkreis abfließen und damit Strom liefern.

Wie effizient eine Solarzelle arbeitet – welchen Anteil der eintreffenden Lichtteilchen sie also verwerten kann –, lässt sich am Wirkungsgrad ablesen. Bei Modulen aus Silizium liegt der maximal mögliche Wert beispielsweise bei 29,4 Prozent. Inzwischen kommen Solarzellen aus diesem Material tatsächlich nah an die physikalische Obergrenze heran: Unter Laborbedingungen wurde bereits ein Wirkungsgrad von 27,3 Prozent erreicht.

Um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu steigern, werden mittlerweile unterschiedliche Halbleitermaterialien getestet und miteinander kombiniert, die jeweils unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums optimal ausnutzen. Mit solchen Tandemsolarzellen lässt sich der Wirkungsgrad theoretisch auf über 40 Prozent steigern.