Effizienz von Solarzellen und Modulen
Die Probleme der Energieknappheit und der Umweltverschmutzung werden von Jahr zu Jahr schlimmer: Die fossilen Ressourcen werden erschöpft und der Stromverbrauch der Menschen nimmt ständig zu. In diesem Zusammenhang ist es keineswegs verwunderlich, dass Wissenschaftler weiterhin alternative Methoden zur Stromerzeugung verbessern.
Zusammen mit anderen sauberen Quellen wie Wind, Gezeiten, Meereswellen, Erdwärme und anderen verlieren sie nicht an Bedeutung und Solarkraftwerke, traditionell aus Batterien auf Basis von Photovoltaikzellen gebaut. Die Hauptanforderung an Solarzellen ist ein möglichst hoher Wirkungsgrad, ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom.
Der Haken bei Solarzellen besteht darin, dass der Strahlungsfluss (der von der Sonne ausgeht und die Erde erreicht) zwar an der Obergrenze der Atmosphäre eine spezifische Leistung im Bereich von 1400 W/m2 aufweist, bei bewölktem Wetter jedoch in der Nähe der Erdoberfläche auftritt Auf dem europäischen Kontinent sind es nur 100 W/qm. und noch weniger.
Effizienz einer Solarzelle, eines Moduls oder einer Solaranlage – Das Verhältnis der elektrischen Leistung einer Solarzelle, eines Moduls oder einer Batterie zum Produkt der Solarenergieflussdichte pro Fläche der Zelle, des Moduls oder der Batterie.
Effizienz des Solarkraftwerks – Das Verhältnis der erzeugten elektrischen Energie zur im gleichen Zeitintervall an der Oberfläche empfangenen Sonnenenergie, das die Projektion der Fläche des Solarkraftwerks auf eine Ebene senkrecht zu den Sonnenstrahlen darstellt .
Die heute gängigsten Solarmodule ermöglichen die Gewinnung von Strom aus Sonnenstrahlen mit einem Wirkungsgrad von 9 bis 24 %. Der durchschnittliche Preis einer solchen Batterie liegt bei etwa 2 Euro pro Watt, während die industrielle Stromerzeugung aus Photovoltaikzellen heute 0,25 Euro pro kWh kostet. Unterdessen prognostiziert die European Photovoltaic Association, dass die Kosten für industriell erzeugten „Solar“-Strom bis 2021 auf 0,1 Euro pro kWh sinken werden.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt versuchen, die Effizienz ihrer Anlagen zu verbessern Fotozellen… Jedes Jahr gibt es Neuigkeiten aus verschiedenen Instituten, in denen es Wissenschaftlern immer wieder gelingt, Solarmodule mit Rekordwirkungsgrad, Solarmodule auf Basis einer neuen chemischen Zusammensetzung, Solarmodule mit effizienteren Konzentratoren usw. herzustellen.
Die ersten hocheffizienten Solarzellen wurden 2009 von Spectrolab öffentlich vorgestellt. Anschließend erreichte der Wirkungsgrad der Zellen 41,6 %, während gleichzeitig im Jahr 2011 der Beginn der industriellen Produktion von Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 39 % angekündigt wurde. Infolgedessen begann Spectrolab im Jahr 2016 mit der Produktion von Solarmodulen Wirkungsgrad von 30,7 % für Raumschiffe.
In 2011Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Solar Junction erzielte mit einer 5,5 mm x 5,5 mm großen Solarzelle einen noch höheren Wirkungsgrad von 43,5 % und übertraf damit den kürzlich von Spectrolab aufgestellten Rekord. Die mehrschichtigen dreistufigen Elemente sollten in einer Anlage hergestellt werden, für deren Bau ein Darlehen des Energieministeriums erforderlich war.
Sun Simba Sonnensystem, das beinhaltet optischer Konzentratorund mit einem Wirkungsgrad von 26 bis 30 %, abhängig von der Beleuchtung und dem Lichteinfallswinkel, wurde 2012 von der kanadischen Firma Morgan Solar vorgestellt. Zu den Elementen gehörten Galliumarsenid, Germanium und Plexiglas. Diese Entwicklung ermöglichte es einer Witwe, die Effizienz herkömmlicher Silizium-Solarzellen zu steigern.
Scharfe Dreischichtzellen auf Basis von Indium, Gallium und Arsenid mit einer Größe von 4 x 4 mm weisen einen Wirkungsgrad von 44,4 % auf. Sie wurden 2013 vorgeführt. Doch im selben Jahr gründete das französische Unternehmen Soitec zusammen mit dem Berliner Zentrum. Helmholtz und Spezialisten des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme haben die Entwicklung einer Fresnel-Linsen-Fotozelle abgeschlossen.
Sein Wirkungsgrad beträgt 44,7 %. Und ein Jahr später, im Jahr 2014, erreichte das Fraunhofer-Institut einen Wirkungsgrad von 46 %, wiederum mit einem Fresnel-Linsenelement. Die Solarzellenstruktur enthält vier Verbindungen: Indiumgalliumphosphat, Galliumarsenid, Galliumindiumarsenid und Indiumphosphat.
Die Erfinder der Zelle behaupten, dass die Batterie, bestehend aus 52 Modulen, darunter Fresnel-Linsen (jeweils 16 Quadratzentimeter) und hocheffizienten Empfangsfotozellen (jeweils nur 7 Quadratzentimeter), im Prinzip 230 Sonnen Licht in Elektrizität umwandeln kann … .
Als vielversprechendste Alternative zu dem, was wir jetzt haben, sehen Analysten in naher Zukunft die Schaffung von Photovoltaikzellen mit einem Wirkungsgrad von etwa 85 %, die auf dem Prinzip der Korrektur des durch die elektromagnetische Strahlung der Sonne (immerhin Sonnenlicht) verursachten Stroms arbeiten ist eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 500 THz) auf einer kleinen Nanoantenne mit einer Größe von wenigen Nanometern.