Wissen über die Effizienz von Solarmodulen

Solarenergie ist eine saubere und erneuerbare Stromquelle, die weltweit immer beliebter wird. Eine Schlüsselkomponente von Solarstromanlagen ist das Solarpanel, das durch den photovoltaischen Effekt Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) umwandelt. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls bezieht sich auf den Prozentsatz des Sonnenlichts, den es in nutzbaren Strom umwandeln kann, und wird von verschiedenen Faktoren wie Materialien, Design, Temperatur und Beschattung beeinflusst.

Historisch gesehen wurden Solarmodule aus kristallinen Siliziumwafern (c-Si) hergestellt, bei denen teure und energieintensive Prozesse zur Reinigung und Kristallisation des Rohmaterials eingesetzt wurden. In den letzten Jahren sind jedoch neuere Arten von Solarzellen entstanden, darunter Dünnschicht-, organische, Perowskit- und Tandemzellen, die unterschiedliche Vorteile und Herausforderungen bieten. Die folgende Tabelle zeigt einige typische Wirkungsgrade verschiedener Solarzellentechnologien, wie vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den Vereinigten Staaten gemeldet.

Technologieeffizienz (%)

Mono c-Si 22,7

Poly c-Si 20,5

CdTe-Dünnschicht 21,0

CIGS-Dünnschicht 23,7

Bio 10.8

Perowskit 25,5

Tandem 29.1

Wie man sieht, liegt der bisher höchste erreichte Wirkungsgrad bei 29,1% für eine Tandemzelle, die zwei oder mehr Materialien mit komplementären optischen und elektrischen Eigenschaften kombiniert. Dieser Rekord wurde jedoch in einem Labor unter idealen Bedingungen aufgestellt, und kommerzielle Versionen der Technologie können aufgrund praktischer Einschränkungen wie Kosten, Stabilität und Skalierbarkeit eine geringere Effizienz aufweisen. Daher ist es wichtig, bei der Auswahl eines Solarmoduls für eine bestimmte Anwendung die Effizienz mit anderen Faktoren wie Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Erschwinglichkeit in Einklang zu bringen.

Auch das Design eines Solarmoduls beeinflusst dessen Effizienz, da unterschiedliche Konfigurationen von Solarzellen, Anschlüssen, Beschichtungen und Rahmen Einfluss darauf haben können, wie viel Sonnenlicht eingefangen und umgewandelt wird. Zu den gängigen Designfaktoren, die die Effizienz von Solarmodulen verbessern oder verringern können, gehören:

Zellgröße und -form: Kleinere und rundere Zellen können Abschattungsverluste reduzieren und die Reihenschaltung verbessern, können jedoch die Verarbeitungskosten und Widerstandsverluste erhöhen.

Zusammenschaltung: Parallelschaltungen von Zellen können den Effekt der Abschattung verringern und Stromfehlanpassungen minimieren, können jedoch den Innenwiderstand und die Anfälligkeit für Hotspots erhöhen.

Antireflexionsbeschichtung: Eine dünne Filmschicht auf der Oberseite der Zellen kann die Reflexion des Sonnenlichts reduzieren und die Absorption erhöhen, kann aber auch zu zusätzlichen Kosten-, Komplexitäts- und Haltbarkeitsproblemen führen.

Rückseitenfolie: Eine Schutzschicht auf der Unterseite der Zellen kann Schäden durch Feuchtigkeit, Staub und Stöße verhindern, kann aber auch die Wärmeableitung und Haftung beeinträchtigen.

Rahmen: Ein stabiler und witterungsbeständiger Rahmen kann das Gewicht des Paneels tragen und die Installation und Wartung erleichtern, kann aber auch Schatten werfen und den Luftstrom verringern.

Endlich, Die Effizienz von Solarmodulen wird auch durch externe Faktoren beeinflusst wie Temperatur und Beschattung. Wenn ein Solarpanel heißer wird, nimmt seine elektrische Leitfähigkeit ab, was zu einer niedrigeren Ausgangsspannung und einem höheren Strom führt. Daher ist es wichtig, ein Solarmodul mit einem Temperaturkoeffizienten der Leistung (Pmax) zu wählen, der den örtlichen Klimabedingungen entspricht. Auch die Beschattung durch Bäume, Gebäude, Wolken oder andere Objekte kann die Menge an Sonnenlicht verringern, die ein Solarpanel erreicht, was zu Hotspots, Rückströmen und verminderter Leistung führt. Um Verschattung zu vermeiden, sollten Sonnenkollektoren in einem geeigneten Winkel und in einer geeigneten Ausrichtung installiert werden, die die Sonneneinstrahlung maximieren, und können Geräte wie Bypass-Dioden, Schattenkugeln oder Tracker verwenden, um die Auswirkungen teilweiser Verschattung abzumildern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Wirkungsgrad von Solarmodulen ein entscheidender Parameter ist, der bestimmt, wie viel Strom aus Sonnenlicht erzeugt werden kann, und von verschiedenen Faktoren wie Materialien, Design, Temperatur und Verschattung abhängt. Durch die Abwägung von Effizienz und anderen Kriterien wie Kosten, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit kann Solarenergie zu einer nachhaltigeren und widerstandsfähigeren Energiezukunft beitragen.