Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage ist das Verhältnis der von ihr erzeugten elektrischen Leistung zur Leistung des auf die Anlage einfallenden Sonnenlichts. Vereinfacht ausgedrückt: Er gibt an, wie viel der einfallenden Sonnenenergie von einer Photovoltaikanlage in elektrische Energie umgewandelt wird.
Forscher haben PV-Zellen mit einem Wirkungsgrad von nahezu 50 Prozent entwickelt, obwohl die meisten kommerziellen Module nur einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent aufweisen.
Welche Faktoren beeinflussen die Umwandlungseffizienz?
PV-Zellen wandeln nicht immer 100 % des Sonnenlichts in Strom um. Der Großteil davon geht sogar verloren. Die Fähigkeit einer Solarzelle, das empfangene Sonnenlicht umzuwandeln, wird durch verschiedene Designelemente eingeschränkt. Eine höhere Effizienz lässt sich durch die Berücksichtigung dieser Aspekte erreichen.
1. Wellenlänge
Photonen, oder Energiepakete, sind die Bausteine des Lichts und existieren in verschiedenen Energien und Wellenlängen. Die Wellenlängen des Sonnenlichts, das die Erdoberfläche erreicht, reichen vom Ultraviolett- bis zum Infrarotbereich. Einige Photonen werden reflektiert, wenn Licht auf die Oberfläche einer Solarzelle trifft, während andere ungehindert hindurchdringen. Die Energie einiger absorbierter Photonen wird in Wärme umgewandelt. Die verbleibenden Photonen besitzen genügend Energie, um Elektronen aus ihren Atombindungen freizusetzen , wodurch Ladungsträger und elektrischer Strom entstehen.
2. Temperaturen
Niedrige Temperaturen sind im Allgemeinen optimal für Solarzellen. Zwar steigt der Strom nur geringfügig an, doch führt die Veränderung der Halbleitereigenschaften bei höheren Temperaturen zu einem deutlich stärkeren Spannungsabfall. Extreme Temperaturerhöhungen können zudem die Materialien in der Zelle und anderen Modulen schädigen und deren Lebensdauer verkürzen. Da der größte Teil des auf die Zellen treffenden Sonnenlichts in Wärme umgewandelt wird, erhöht ein effektives Wärmemanagement die Effizienz und Lebensdauer.
3. Reflexion
Durch die Reduzierung der Lichtreflexion an der Zelloberfläche lässt sich die Effizienz steigern. Beispielsweise reflektiert unbehandeltes Silizium mehr als 30 % des einfallenden Lichts. Antireflexbeschichtungen und strukturierte Oberflächen reduzieren die Reflexion. Eine dunkelblaue oder schwarze Farbe deutet auf eine hocheffiziente Zelle hin.
Wie bestimmen Sie die Konvertierungseffizienz?
Um die Leistung einer Photovoltaikzelle abzuschätzen, bewerten Forscher deren Performance. Strom und Spannung erzeugen gemeinsam elektrische Energie. Das Verhältnis zwischen Strom und Spannung gibt Aufschluss über die elektrischen Eigenschaften einer Photovoltaikzelle. Strom und Spannung einer Zelle oder eines Moduls ändern sich gemäß dem Ohmschen Gesetz, wenn ein bestimmter Lastwiderstand an die beiden Anschlüsse angeschlossen wird (der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten ist direkt proportional zur Potenzialdifferenz zwischen diesen Punkten). Der Wirkungsgrad wird bestimmt, indem Strom und Spannung bei verschiedenen Lastwiderständen gemessen werden, während die Zelle einer konstanten, standardisierten Lichtintensität ausgesetzt und bei gleichbleibender Zelltemperatur gehalten wird.
Empfohlen: 11 wichtige Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen
