Für die zukünftige weltweite Energieversorgung spielen Solarzellen eine wichtige Rolle. Im Unterschied zu den fossilen Energieträgern Erdgas und Erdöl ist der Vorrat an Sonnenenergie fast unbegrenzt. Nach den neuesten Erkenntnissen wird die Sonne wohl noch etwa 5 Milliarden Jahre lang auf die Erde strahlen. Ökologische Faktoren deuten schon lange Zeit auf einen Verlagerung zur Sonnenenergie, als Alternative für die sich dem Ende neigenden fossilen Brennstoffe. Führende Experten berichten, dass über die Hälfte der weltweiten Energiereserven bereits verbraucht sind, das drückt sich in immer weiter steigenden Rohölpreisen aus. Neben diesen ökologischen Bedenken sorgt die Ökonomie für das Umdenken in der Energieversorgung – die Energie der Sonne ist kostenfrei. Die Nutzung der Sonnenenergie kann durch direkte Umwandlung der Sonnenstrahlen in elektrische Energie in einer Solarzelle erfolgen. Dieser Vorgang erklärt sich mit den Gesetzen der Photovoltaik und der Elektronik. Eine Solarzelle besteht aus zwei Schichten eines Halbleitermaterials.
Dafür wird in den meisten Fällen Silizium benutzt, was für eine hohe Verfügbarkeit bei geringen Kosten steht, denn nach Sauerstoff ist es das zweithäufigste Element, was auf der Erde vorkommt. Bei Lichteinstrahlung verändern die Halbleiter ihre Leitfähigkeit. Im Ausgangszustand isolierend, bewirkt das einfallende Licht die Veränderung in Richtung der elektrischen Leitfähigkeit. Durch Einbringung verschiedener chemischer Elemente in die Halbleiterschichten werden an beiden Siliziumschichten entgegen gesetzte Ladungsträgerüberschüsse erzielt. Hieraus resultiert ein elektrisches Feld – mittels Metallkontakten kann am Übergang der beiden Schichten elektrische Spannung abgegriffen werden. Da die Leistung einer einzelnen Solarzelle eher begrenzt ist, werden aus wirtschaftlichen Gründen viele Solarzellen zu einem Modul zusammengesetzt. Für die verschiedensten Anwendungen werden unterschiedlichen Solarzellen-Typen hergestellt, die in zwei Kategorien eingeteilt werden. Einerseits gibt es die Solaranlagen, welche oft als „Inselsystem“ bezeichnet werden. Sie werden aufgrund ihrer netzunabhängigen Funktion hauptsächlich für mobile Geräte wie Uhren und Taschenrechner verbaut. Auch bei Geräten, die nur einen geringen Strombedarf haben und wo deshalb eine Anbindung an das öffentliche Netz nicht wirtschaftlich ist, werden diese Zellen eingesetzt – so bei Bushaltestellenbeleuchtungen oder Parkscheinautomaten. Demgegenüber stehen die netzgekoppelten Photovoltaiksysteme. Sie geben den überschüssigen Strom an das öffentliche Netz ab, können aber bei zu niedriger Produktion auch zusätzlichen Strom aus dem Netz beziehen. Solarzellen lassen sich über die Dicke der eingesetzten Siliziumschicht unterscheiden. Zur privaten Stromgewinnung auf Dächern werden Solarzellen zu Modulen bis zu einem Quadratmeter zusammengesetzt und erreichen eine Leistung von 10 – 100 Watt. Der produzierte Gleichstrom wird in Wechselspannung umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist.
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