Inhalt
- Woher kommt die Energie?
- Wie viel Energie liefert die Sonne?
- Wie viel Prozent der Sonnenenergie können Solarzellen verbrauchen?
- Wie steigern wir die Paneleffizienz?
Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage ist die Messung, wie viel der verfügbaren Sonnenenergie eine Solarzelle in elektrische Energie umwandelt. Die meisten typischen Siliziumsolarzellen haben einen maximalen Wirkungsgrad von rund 15 Prozent. Aber auch eine Solaranlage mit 15 Prozent Wirkungsgrad kann ein durchschnittliches Haus kostengünstig mit Strom versorgen.
Woher kommt die Energie?
Energie im Sonnenlicht kommt in Paketen, die Photonen genannt werden. Diese Photonen tragen je nach Wellenlänge eine bestimmte Energiemenge. Mit abnehmender Wellenlänge steigt die Energie eines Photons. Diese Photonen regen Elektronen in der Solarzelle an, wodurch sie durch die Schaltung fließen und elektrischen Strom erzeugen. Um ein Elektron in Silizium freizusetzen, benötigt ein Photon mindestens 1,1 Elektronenvolt Energie. Ein Elektronenvolt ist die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Elektron durch eine 1-Volt-Potentialdifferenz zu bewegen. Wenn ein Photon mehr als 1,1 Elektronenvolt hat, bewegt sich ein Elektron durch den Stromkreis, aber überschüssige Energie wird als Wärme freigesetzt. Dies ist einer der Gründe, warum Solarzellen einen so geringen Wirkungsgrad haben. Sie brauchen nur eine ganz bestimmte Menge an Energie, um zu arbeiten.
Wie viel Energie liefert die Sonne?
Die Sonne liefert eine unterschiedliche Menge an Energie, je nachdem, wo Sie sich auf der Erde befinden und wo sie sich am Himmel befindet. Sonnenkollektoren werden in der Regel unter den als AM1.5 bekannten Standardbedingungen bewertet. Dies steht für die Luftmasse 1,5, die die akzeptierte Testbedingung für Sonnenkollektoren ist. Bei AM1.5 liefert die Sonne 1.000 Watt pro Quadratmeter. Die tatsächlich verfügbare Sonnenenergie variiert jedoch je nach Standort, Wetterbedingungen und Tageszeit.
Wie viel Prozent der Sonnenenergie können Solarzellen verbrauchen?
Um die Kraft der Sonne zu verstehen, verwenden wir ein Strahlungsmodell, das als Schwarzkörperspektrum bezeichnet wird. Das Schwarzkörperspektrum gibt Auskunft über die Energieverteilung von Objekten bei verschiedenen Wellenlängen. Basierend auf einem Schwarzkörperspektrum haben 23 Prozent der Sonnenenergie eine zu lange Wellenlänge, als dass sie für Sonnenkollektoren geeignet wäre. Diese Photonen passieren einfach die Zelle. Andere Wellenlängen haben etwas Energieüberschuss. Tatsächlich sind weitere 33 Prozent der Sonnenenergie überschüssige Energie, die auch für Siliziumsolarzellen unbrauchbar ist. Somit stehen Silizium-Solarzellen nur noch 44 Prozent der Sonnenenergie zur Verfügung. Ein größerer Teil dieser Energie geht durch Reflexion und andere Prozesse in der Zelle selbst verloren. Während der theoretische maximale Wirkungsgrad höher sein kann, liegt der tatsächliche Wirkungsgrad von Siliziumzellen normalerweise bei etwa 15 Prozent.
Wie steigern wir die Paneleffizienz?
Um die Effizienz von Solarmodulen zu steigern, können wir die Materialien, aus denen wir sie herstellen, verbessern und diversifizieren. Unterschiedliche Materialien erfordern eine unterschiedliche Menge an Photonenenergie, um Strom zu erzeugen. Daher können Hybrid-Panels eine Reihe verschiedener Elektronenvolt-Werte abdecken, um die aufgenommene Energie zu maximieren. Ein Problem bei diesem Ansatz sind die Herstellungskosten. Das Standard-Solarmodul besteht aus Silizium, das allgemein verfügbar und bekannt ist. Da die in Solarmodulen verwendeten Materialien seltener und spezialisierter werden, steigen die Herstellungskosten. Eine Steigerung der Effizienz führt daher zu einer Erhöhung der Kosten.