Photovoltaik (für Lehrlinge)

Mit Photovoltaik ist die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom gemeint. Der Begriff kommt aus dem griechischen: Der erste Teil Photo- heißt Licht (man sagt z.B. beim Fotografieren auch, dass man abgelichtet wird), der zweite Teil -voltaik kommt von Volt, der Einheit für Spannung. Um Strom mittels Photovoltaik aus der Sonne herzustellen braucht man Solarzellen, die habt ihr vielleicht schon auf den Dächern gesehen, auf dem Feld, aber bestimmt schon auf Taschenrechnern, die nur funktionieren, wenn man sie in einem hellen Raum oder draußen in der Sonne benutzt.
Wie aber macht so eine Solarzelle aus Sonnenlicht Strom? Am besten wäre es, wenn ihr die Begriffe Strom und Sonne vorher mal gelesen habt. Schon erledigt? Gut, dann kann’s weitergehen.

Eine Solarzelle besteht aus zwei Schichten. Stellt sie euch einfach als ein zweistöckiges Haus vor. Die Bewohner des Hauses heißen Elektronen, das sind die kleinen Teilchen, die ihr beim Begriff Strom kennengelernt habt. Diese Elektronen sitzen gerne an ihren festen Plätzen verbunden, aber wenn die Sonne auf sie scheint, gerade eben auf die obere Etage, dann lösen sie sich von diesen festen Plätzen und sausen durch die Gegend herum. Sie suchen sich wieder einen Platz, um sich festzubinden, und finden dabei einen Weg, in die untere Etage zu kommen. Diesen Weg kann man aber nur von oben nach unten gehen, nicht anders herum, vielleicht könnt ihr ihn euch als eine Rutsche vorstellen. Sie rutschen also nach unten und suchen unten auch nach einem Platz zum Festsetzen, aber auch hier ist keiner. Zum Glück finden sie auch hier einen Ausweg: es gibt außenrum eine Treppe, die sie wieder in die obere Etage kommen lässt, auch hier ist es wie in einer Einbahnstraße und man kann nur in eine Richtung durch. Durch diese Verbindung sausen die Elektronen, und wenn ihr euch recht erinnert beim Begriff Strom, dann habt ihr es schon erreicht: durch diese Verbindung fließen Elektronen, es fließt also elektrischer Strom! Und solange die Sonne auf die Solarzelle scheint, und die Sonne die Elektronen immer aufs Neue „freischießen“, geht die Reise wieder von vorne los: so wird Strom aus Sonnenlicht gemacht!

Unbedingt animieren! Dafür einen Solarzellenquerschnitt zeichnen (sehr einfach,s.u.), auf die Solarzelle scheint die Sonne, es löst sich ein Elektron von der oberen Schicht und wuselt dort herum, bis es zur Öffnung („Einbahnstraße“) kommt, da saust es durch und findet unten auch keinen Platz. Eine Verbindung erscheint, die (außen) von unten nach oben führt, da läuft es durch. Die Animation läuft bestenfalls immer weiter, mit mehreren Elektronen gleichzeitig.