Werden Solarmodule immer effizienter?

Aufgrund der zahlreichen Fortschritte in der Photovoltaik-Technologie in den letzten Jahren ist der durchschnittliche Wirkungsgrad der Module von 15 % auf weit über 20 % gestiegen. Dieser große Sprung im Wirkungsgrad führte dazu, dass die Nennleistung eines Panels in Standardgröße von 250 W auf 370 W anstieg. Bei Solarzellen ist der Wirkungsgrad sehr wichtig. Diese entscheidende Kennzahl bestimmt, wie viel Energie von Dächern und Solarparks geerntet werden kann, wobei kommerzielle Solarzellen aus Silizium in der Regel einen Wirkungsgrad von 20 % erreichen.

Bei Satelliten hingegen bestimmt der Wirkungsgrad die Größe und das Gewicht der Solarzellen, die für die Stromversorgung des Raumfahrzeugs benötigt werden, was sich direkt auf die Herstellungs- und Startkosten auswirkt. Die derzeit effizientesten auf dem Markt erhältlichen Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von etwa 23 %. Insbesondere die hocheffizienten Solarmodule von SunPower gelten mit einem Wirkungsgrad von 22,8 Prozent als die effizientesten auf dem Markt verfügbaren Solarmodule. Andere Hersteller, die einige der effizientesten Solarmodule herstellen, sind LG (22 %) und REC Solar (21,7 %).

Die Shockley-Queisser-Grenze markiert den maximalen Wirkungsgrad einer Solarzelle, die aus nur einem Material hergestellt wird, und für Silizium liegt dieser bei etwa 30 %. Nach Angaben des National Renewable Energy Laboratory (NREL) haben die meisten heute installierten Solarmodule einen Wirkungsgrad zwischen 16 und 22 %, mit einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 19,2 %. Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von mehr als 20 % gelten als Premium-Module und haben in der Regel einen höheren Preis. Zu den bekannten Marken für Solarmodule mit hohem Wirkungsgrad gehören Sunpower, LG Solar und REC Group.

Marken wie Trina Solar und LONGi bieten inzwischen hochwertige Module mit einem Wirkungsgrad von über 20 % an, allerdings zu deutlich niedrigeren Preisen als Unternehmen wie Sunpower. Sie kosten zwar immer noch etwas mehr als Module mit Standardwirkungsgrad, aber wenn sich dieser Trend fortsetzt, könnten die Preise für hocheffiziente chinesische Solarmodule genauso niedrig werden wie die Preise für Standardmodule. Solarmodule sind in der Regel in der Lage, 15 % bis 22 % der Sonnenenergie in nutzbare Energie umzuwandeln, was von Faktoren wie Platzierung, Ausrichtung, Wetterbedingungen und ähnlichem abhängt. Die Menge des Sonnenlichts, die Solarmodulsysteme in Strom umwandeln können, wird als Leistung bezeichnet, und das Ergebnis bestimmt den Wirkungsgrad des Solarmoduls.

Es ist wichtig zu verstehen, dass der Wirkungsgrad einer einzelnen Solarzelle nicht gleichzusetzen ist mit dem Wirkungsgrad von Solarmodulen als System. Während der Wirkungsgrad von Solarmodulen im Allgemeinen bei 15-20 % liegt, kann der Wirkungsgrad von Solarzellen in einigen Fällen 42 % erreichen. Sofern nicht anders angegeben, wird die Leistung von Solarzellen jedoch unter Laborbedingungen gemessen. Obwohl 42 % eine beeindruckende Leistung sind, unterscheiden sich die Bedingungen im Labor von denen im wirklichen Leben, so dass dieser Wert für private Nutzer nicht zutreffend ist.

Monokristalline Solarmodule, auch einkristalline Zellen genannt, werden aus reinstem Silizium hergestellt. Ein Kristall dieser Art von Silizium wird in einem komplexen Verfahren zu einem langen Stab gezüchtet. Der Stab wird dann in Wafer geschnitten, aus denen die Solarzellen entstehen. Monokristalline Solarzellen sind dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu den anderen beiden Arten von Solarzellen unter Standardtestbedingungen den höchsten Wirkungsgrad aufweisen.

Der derzeitige Wirkungsgrad monokristalliner Solarzellen liegt bei 22-27 %. Monokristalline Solarmodule sind an den abgerundeten Kanten und der dunklen Farbe zu erkennen. Solarmodule aus polykristallinen Solarzellen, auch multikristalline Zellen genannt, haben einen etwas geringeren Wirkungsgrad als solche aus monokristallinen Solarzellen. Dies ist auf die Art der Herstellung zurückzuführen.

Das Silizium wird nicht als einzelne Zelle gezüchtet, sondern als Block von Kristallen. Diese Blöcke werden dann in Wafer geschnitten, um einzelne Solarzellen herzustellen. Der derzeitige Wirkungsgrad von polykristallinen Solarzellen liegt bei 15-22 %. Ein polykristallines Solarmodul erkennen Sie an seinem quadratischen Schnitt und seiner blau gesprenkelten Farbe.

Dünnschicht-Solarmodule werden hergestellt, indem ein Substrat aus Glas, Kunststoff oder Metall mit einer oder mehreren dünnen Schichten aus photovoltaischem Material überzogen wird. Dünnschichtsolarmodule sind in der Regel flexibel und haben ein geringes Gewicht. Es ist bekannt, dass sich Dünnschicht-Solarmodule etwas schneller abbauen als mono- und polykristalline Solarmodule. Die Herstellung dieser Art von Paneelen ist weniger komplex, daher ist ihre Leistung um 5 % geringer als die Effizienz monokristalliner Solarmodule.

Normalerweise erreichen Dünnschichtzellen einen Wirkungsgrad von 15-22 %. Auf der Oberfläche der Solarzellen bildet sich Eis, wenn keine Siliziumbeschichtung aufgebracht wird. Die Eisbildung kann den Wirkungsgrad von Solarzellen um 25 bis 100 % verringern. Damit sich chemische Rückstände auflösen, müssen mindestens 20 mm Niederschlag auf die Oberfläche der Solarzellen fallen.

Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkungsgrad von Solarzellen um 0,2 % sinkt, wenn sie mit einer Schicht aus chemischen Rückständen bedeckt sind. Früher lag der durchschnittliche Wirkungsgrad von Solarmodulen bei etwa 15 %, doch dank der Fortschritte im Bereich der Fotovoltaiktechnologie liegt der Wirkungsgrad heute bei über 20 %. Laut Research Gate nimmt der Wirkungsgrad von Solarmodulen leicht ab, wenn die Windgeschwindigkeit zunimmt. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls gibt an, wie viel Sonnenlicht, das auf ein Solarmodul trifft, in nutzbaren Strom umgewandelt wird.

Wenn Sie Solarmodule kaufen, ist der Wirkungsgrad auf dem Datenblatt des Moduls angegeben. Wenn ein Solarmodul einen Wirkungsgrad von 15 hat, bedeutet das, dass 15 % der Sonnenenergie, die auf das Modul trifft, in Strom umgewandelt wird. Sie müssen eigentlich nur über monokristalline Paneele Bescheid wissen – sie werden für fast jede Solaranlage verwendet, und jedes einzelne hocheffiziente Solarmodul, das heute auf dem Markt ist, verwendet eine Form der monokristallinen Solarzellentechnologie. Wenn Sie sich nach Solarmodulen umsehen, sind Sie wahrscheinlich schon auf den Begriff „Wirkungsgrad von Solarmodulen“ gestoßen.

Wenn zum Beispiel die Sonne auf ein hocheffizientes Solarmodul mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent scheint, werden 20 Prozent der Sonnenenergie in Solarenergie umgewandelt. Der Wirkungsgrad wird unter standardisierten Labortestbedingungen berechnet, und leider werden die Solarmodule auf Ihrem Dach nicht unter diesen idealen Bedingungen betrieben.

Literatur:

• https://www.bbc.com/news/business-51799503
• Scientists work to make solar panels more efficient » Yale Climate Connections