Wirkungsgrad Solarzellen: Ein Konspectus

Solarmodule wandeln das Sonnenlicht in Strom um. Dieser Umwandlungsprozess ist jedoch nicht fehlerfrei; bei der Umwandlung geht ein erheblicher Teil der Energie verloren. In der Regel sind Solarmodule nur in der Lage, etwa 20 % der empfangenen Sonnenenergie in nutzbaren Strom umzuwandeln.

Dieser Blog befasst sich eingehend mit Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad. Insbesondere werden die Wirkungsgrade verschiedener Arten von Solarzellen untersucht und die Faktoren, die ihre Leistung beeinflussen, erforscht. Darüber hinaus bietet dieser Blog praktische Tipps zur Verbesserung der Effizienz für Hausbesitzer, die sich für Solarenergie interessieren. Bleiben Sie dran, um wertvolle Erkenntnisse zu erhalten, die Ihnen helfen können, Ihre Solaranlage zu optimieren.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Solarzellen?

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist definiert als das Verhältnis zwischen der elektrischen Leistung einer Solarzelle und der von der Sonne aufgenommenen Energie. Typische Solarzellen für den Hausgebrauch, wie monokristalline und polykristalline Typen, haben einen Wirkungsgrad von etwa 20 %. Das bedeutet, dass von dem gesamten Sonnenlicht, das auf die Module trifft, nur etwa 20 % der vom Sonnenlicht übertragenen Energie von den Modulen in Strom umgewandelt wird.

Der Wirkungsgrad Solarzellen ist ausschlaggebend dafür, wie effektiv eine Solarzelle das verfügbare Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, was sich direkt auf die Rentabilität und Kosteneffizienz von Solarstromanlagen auswirkt.

Wie wird der Wirkungsgrad von Solarzellen berechnet?

Der Wirkungsgrad Solarzellen wird ermittelt, indem die abgegebene elektrische Leistung durch die zugeführte Sonnenenergie geteilt wird, beides gemessen in Watt. Diese Berechnung wird in der Regel in kontrollierten Laborumgebungen durchgeführt (eine Zelltemperatur von 25 Grad Celsius, eine Luftmasse von 1,5 und eine Sonneneinstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter), um Genauigkeit und Konsistenz zu gewährleisten.

Hier ein Berechnungsbeispiel: Wenn eine Solarzelle mit einer Fläche von 1 Quadratmeter unter Standardtestbedingungen eine maximale Leistung von 200 Watt erzeugt und die Sonneneinstrahlung 1.000 Watt pro Quadratmeter beträgt, wäre der Wirkungsgrad gleich: 200/1000=20%.

Vergleich des Wirkungsgrads verschiedener Solarzellen

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen mit jeweils unterschiedlichen Wirkungsgraden. Das Verständnis der Effizienzunterschiede zwischen diesen Solarzellen ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Technologie auf der Grundlage der spezifischen Anwendungsanforderungen und Umweltfaktoren.

Monokristalline Solarzellen

Diese Zellen werden aus einer einzigen, kontinuierlichen Kristallstruktur hergestellt und sind für ihre hohe Effizienz und Haltbarkeit bekannt. Monokristalline Solarzellen haben in der Regel einen Wirkungsgrad zwischen 18 % und 22 %. Ihr hoher Wirkungsgrad resultiert aus der Reinheit und Gleichmäßigkeit des verwendeten Siliziums, das den Elektronen eine größere Bewegungsfreiheit ermöglicht und so den Energieverlust verringert. Aufgrund ihrer hohen Leistung im Verhältnis zu ihrer Größe sind sie ideal für Bereiche mit begrenztem Platzangebot.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren miteinander verschmolzenen Siliziumkristallen und haben im Allgemeinen einen Wirkungsgrad zwischen 15 % und 18 %. Sie haben zwar einen geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Zellen, sind aber auch billiger in der Herstellung. Die Grenzen zwischen den verschiedenen Kristallen können zu leichten Störungen des Elektronenflusses führen, was zu einem geringeren Wirkungsgrad beiträgt. Sie bieten jedoch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung und eignen sich für Anlagen, bei denen weniger Platz zur Verfügung steht.

Dünnschicht-Solarzellen

Diese Zellen werden durch Aufbringen einer oder mehrerer Schichten aus photovoltaischem Material (z. B. Cadmiumtellurid oder amorphes Silizium) auf ein Substrat hergestellt. Der Wirkungsgrad von Dünnschichtzellen liegt in der Regel zwischen 5 und 10 %. Ihr Wirkungsgrad ist zwar geringer als bei kristallinen Siliziumzellen, aber sie haben Vorteile in Bezug auf Flexibilität, Gewicht und Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen. Dünnschicht-Solarzellen können eine gute Wahl für großflächige Installationen oder für Oberflächen sein, die schwerere kristalline Paneele nicht tragen können.

Faktoren, die den Wirkungsgrad Solarzellen beeinflussen

Der Wirkungsgrad Solarzellen wird zwar weitgehend von den verwendeten Materialien und Herstellungsverfahren bestimmt, aber auch von einer Vielzahl externer Faktoren beeinflusst. Diese zu verstehen, kann helfen, die Leistung von Solaranlagen zu optimieren.

Lichtintensität und -qualität

Die Menge und Art des Lichts, das auf die Solarzellen fällt, wirkt sich direkt auf ihre Leistung aus. Solarzellen arbeiten am besten bei starkem, direktem Sonnenlicht. Bewölkte oder bedeckte Bedingungen können die Effizienz erheblich verringern, ebenso wie Abschattungen durch Bäume, Gebäude oder andere Strukturen. Außerdem spielt der Winkel des Sonnenlichts im Verhältnis zum Modul eine entscheidende Rolle: Solarzellen erzeugen mehr Strom, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf sie treffen.

Temperatur

Anders als man vielleicht erwarten würde, werden Solarzellen in der Regel weniger effizient, wenn sie heißer werden. Hohe Temperaturen können die Geschwindigkeit der Elektronenbewegung im Silizium erhöhen, was die Spannung, die die Zelle erzeugen kann, und damit ihren Gesamtwirkungsgrad verringern kann. Aus diesem Grund können Solarzellen in heißem Klima weniger Strom erzeugen, wenn sie nicht angemessen gekühlt oder belüftet werden.

Qualität der Materialien

Die Reinheit des in Solarzellen verwendeten Siliziums beeinflusst, wie frei sich die Elektronen durch das Material bewegen können, was sich auf den Wirkungsgrad der Zelle auswirkt. Ein höherer Reinheitsgrad des Siliziums führt im Allgemeinen zu einem höheren Wirkungsgrad, weshalb monokristalline Solarzellen in der Regel besser sind als polykristalline.

Herstellungstechniken

Fortschritte in der Technologie haben zur Entwicklung von Zellen mit weniger Defekten und effektiveren Layouts geführt, die den Wirkungsgrad erhöhen können. Techniken wie die Passivierung, bei der eine Schicht auf die Solarzelle aufgetragen wird, um Rekombinationsverluste zu verringern (bei denen Elektronen mit Löchern rekombinieren, bevor sie zum Stromfluss beitragen), haben sich als besonders wirksam erwiesen.

Neue Fortschritte bei der Untersuchung des Wirkungsgrads der Solarzellen

Der Wirkungsgrad der derzeitigen Solarmodule ist zwar etwas unbefriedigend, aber es gibt neue Fortschritte, die die Landschaft verändern könnten.

Zu den bemerkenswertesten Entwicklungen gehören die Perowskit-Solarzellen. In Laborumgebungen haben diese Zellen Wirkungsgrade von bis zu 34 % erreicht. Außerdem können sie zu relativ geringen Kosten hergestellt werden, was sie zu einer vielversprechenden Option für eine künftige breite Anwendung macht.

Perowskit-Solarzellen sind jedoch nicht der Gipfel der Effizienz. Diese Auszeichnung gehört den Tandem-Solarzellen, auch bekannt als Mehrfachsolarzellen. Diese haben in verschiedenen Tests immer wieder ihre überlegene Leistung bewiesen und erreichen Wirkungsgrade von über 40 %, fast doppelt so viel wie herkömmliche monokristalline Solarmodule.

Diese technologischen Fortschritte machen die Solarenergie effizienter, zugänglicher und erschwinglicher und versprechen einen erheblichen Einfluss auf die weltweite Nutzung erneuerbarer Energien, sobald diese Innovationen vom Labor auf den Markt kommen.

Außer Zellwirkungsgrad: Schlüsselfaktoren bei der Auswahl von Solarzellen

Der Wirkungsgrad Solarzellen ist zwar ein entscheidender Faktor bei der Auswahl der Solartechnologie, doch spielen auch andere Überlegungen eine wichtige Rolle bei der Wahl der besten Solarzelle für bestimmte Anforderungen. Das Verständnis dieser Faktoren kann helfen, den Auswahlprozess zu optimieren und ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Kosten und praktischer Anwendung zu gewährleisten.

Temperaturkoeffizient

Dies bezieht sich auf den Einfluss der Temperatur auf die Betriebseffizienz eines Solarmoduls. Solarzellen mit einem niedrigeren Temperaturkoeffizienten werden durch hohe Temperaturen weniger beeinträchtigt und behalten ihre Leistung auch bei heißem Wetter bei. Dieser Faktor ist besonders in wärmeren Klimazonen wichtig, wo hohe Temperaturen die Effizienz von Solarzellen mit höheren Temperaturkoeffizienten erheblich verringern können.

Dauerhaftigkeit und Langlebigkeit

Die Lebensdauer von Solarmodulen ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn man bedenkt, dass Solarenergielösungen eine langfristige Investition darstellen. Solarzellen aus robusten Materialien, die Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und schlechtem Wetter standhalten können, sind wünschenswert.

Installationsanforderungen

Die Komplexität der Installation bestimmter Arten von Solarmodulen kann sich auf ihre Gesamtwirtschaftlichkeit und Durchführbarkeit auswirken. So erfordern einige Module möglicherweise spezielle Montagesysteme oder einen höheren Arbeitsaufwand, was die Gesamtkosten in die Höhe treiben kann. Außerdem kann der für die Installation zur Verfügung stehende Platz die Art der verwendeten Paneele bestimmen; kleinere oder unregelmäßig geformte Flächen können von der Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Dünnschicht-Solarzellen profitieren.

Schlussfolgerung

Hocheffiziente Solarzellen sind ein zentraler Bestandteil der Gesamteffizienz einer Solaranlage. Da es eine Vielzahl von Typen gibt, ist die Wahl des richtigen Typs von Solarzellen und -modulen ein entscheidender Schritt bei der Einrichtung einer Solaranlage, die Ihre Energierechnungen decken und zu einem umweltfreundlicheren Lebensstil beitragen kann. Wenn Sie sich mit den Erkenntnissen aus diesem Artikel wappnen, können Sie bessere Entscheidungen treffen, wenn Sie Ihr Balkonkraftwerk und die Sonnenenergie mit größter Zuversicht nutzen.

FAQs

Wie verändert sich der Wirkungsgrad Solarzellen im Schatten oder im Winter?

Der Wirkungsgrad Solarzellen nimmt im Schatten deutlich ab, da die Behinderung des Sonnenlichts zu einer geringeren Leistungsabgabe führt. Im Winter verringern auch die kürzeren Tage und die geringere Sonnenintensität den Wirkungsgrad. Solarzellen können jedoch immer noch beträchtliche Energie erzeugen, vor allem, wenn Schnee das Licht reflektiert und so die Gesamtausleuchtung verbessert.

Warum ist der Wirkungsgrad von Solarzellen so niedrig??

Der Wirkungsgrad Solarzellen wird oft als gering empfunden, weil sie nur einen Bruchteil des einfallenden Sonnenlichts in Strom umwandeln können. Diese Einschränkung ist in erster Linie auf die physikalischen Eigenschaften der in Solarzellen verwendeten Materialien zurückzuführen, die nur einen bestimmten Bereich von Lichtwellenlängen effektiv absorbieren können. Hinzu kommen unvermeidliche Energieverluste durch Wärme und Lichtreflexion, die ihre Effizienz weiter einschränken.

Welches Solarmodul hat den besten Wirkungsgrad?

Von allen gängigen Solarmodultypen gelten monokristalline Silizium-Solarmodule als die mit dem höchsten Wirkungsgrad, der in der Regel zwischen 18 % und 22 % liegt, wobei Qualitätsmodule wie das Anker SOLIX Balkonkraftwerk den Wirkungsgrad auf 25 % steigern.

Es gibt jedoch einige neue Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad. Mehrfachsolarzellen, bei denen mehrere Arten von Solarzellen übereinander geschichtet werden, um einen größeren Teil des Sonnenspektrums einzufangen, können unter idealen Laborbedingungen Wirkungsgrade von über 40 % erreichen. Diese Zellen werden jedoch noch nicht in großem Umfang in der Industrie oder in Privathaushalten eingesetzt.

Wie effizient ist ein modernes PV-Modul?

Der Wirkungsgrad eines modernen PV-Moduls variiert je nach Art der verwendeten Solarzelle. Im Folgenden finden Sie einen kurzen Überblick über die Wirkungsgrade der verschiedenen Solarzellentypen:

Monokristallin: 18%-22%;

Polykristallin: 15%-18%;

Dünnschicht-Module: 5 - 10%.