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Photovoltaik-Solarzellen absorbieren Energie aus dem Sonnenlicht und wandeln sie in elektrische Energie um. Damit der Prozess funktioniert, muss Sonnenlicht in das Solarzellenmaterial gelangen und absorbiert werden, und die Energie muss aus der Solarzelle entweichen. Jeder dieser Faktoren beeinflusst den Wirkungsgrad einer Solarzelle. Einige Faktoren sind für große und kleine Solarzellen gleich, einige variieren jedoch mit der Größe. Die unterschiedlichen Faktoren machen es für kleinere Solarzellen einfacher, effizienter zu sein als für größere.
Effizienz
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Effizienz zu definieren. Die aus Verbrauchersicht sinnvollste ist das Verhältnis der erzeugten elektrischen Energie zur gesamten Sonnenenergie, die auf die Fläche der Solarzelle fällt. Es gibt viele Arten von Solarzellen. Multifunktionszellen sind sehr teuer, können aber um die 40 Prozent effizienter sein. Siliziumzellen haben einen Wirkungsgrad von 13 bis 18 Prozent, während andere Ansätze, die als "Dünnschicht" -Zellen bezeichnet werden, einen Wirkungsgrad von 6 bis 14 Prozent aufweisen. Das Material, das Design und der Aufbau der Zelle haben einen wesentlich größeren Einfluss auf die Effizienz als die Größe.
Licht rein
Der erste Faktor, der den Wirkungsgrad einer Solarzelle bestimmt, ist die Lichtmenge, die in das Solarzellenmaterial gelangt. Die Oberfläche einer Solarzelle muss einen elektrischen Kontakt haben, um den Stromkreis zu vervollständigen und die Stromversorgung zu unterbrechen. Diese Elektroden verhindern, dass Sonnenlicht das absorbierende Material erreicht. Leider kann man nicht einfach kleine Elektroden am Rand einer Solarzelle anbringen, da man dann zu viel Strom aufgrund des Widerstands im Solarzellenmaterial verliert. Das heißt, wenn Sie eine große Solarzelle haben - sagen wir etwa 5 Zoll im Quadrat -, müssen Sie mehrere Elektroden auf der Oberfläche haben, die das Licht blockieren. Wenn Ihre Solarzelle einen halben Zoll mal einen Zoll groß ist, können Sie mit einem geringeren Prozentsatz der von Elektroden bedeckten Oberfläche auskommen.
Licht rein, Elektronen raus
Wenn Sonnenlicht in das Solarzellenmaterial gelangt, wandert es so lange, bis es mit einem Elektron im Material interagiert. Wenn das Elektron die Energie des Sonnenlichts absorbiert, erhält es einen Schub. Es kann diese Energie verlieren, indem es gegen andere Elektronen stößt. Meistens hängt das nicht von der Größe der Solarzelle ab. Es kommt nur auf die Zusammensetzung und das Design an. Wenn die Elektronen jedoch weiter in das Halbleitermaterial eindringen müssen, können sie mit größerer Wahrscheinlichkeit Energie verlieren. Wenn Sie den Abstand zu den Elektroden verringern, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Elektron Energie verliert. Da größere Zellen mit mehr Elektroden ausgestattet sind, bleibt der Abstand ungefähr gleich, sodass sich dies mit der Größe der Solarzellen nicht zu stark ändert.
Solarzellengröße
Der Widerstand ist ein Maß dafür, wie schwierig es für ein Elektron ist, sich durch einen Stromkreis zu bewegen. Wenn alles andere gleich ist, erzeugt eine kürzere Entfernung einen geringeren Widerstand, sodass kleinere Zellen weniger Energie verschwenden und ein wenig effizienter sind. Alle diese Effekte bevorzugen zwar kleinere Zellen gegenüber größeren, haben jedoch nur einen geringen Einfluss auf die Effizienz. Da Solarzellen nur dann wirklich nützlich sind, wenn sie miteinander kombiniert werden, ist es in der Regel sinnvoll, größere Zellen zu verwenden, damit Sie nicht so viele Montagearbeiten ausführen müssen. Typischerweise sind Siliziumsolarzellen etwa 5 oder 6 Zoll im Quadrat, um der Größe des Rohsiliziums zu entsprechen, aus dem sie hergestellt sind. Theyre dann zusammen in Verkleidungen einige Fuß auf einer Seite.