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Wirkungsgrad von Solarmodulen im Jahr 2023

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Wie wird der Wirkungsgrad von Solarmodulen gemessen?

Der Wirkungsgrad einer Sache gibt an, wie gut der Input in Output umgewandelt wird. Im Falle von Solarmodulen ist der Wirkungsgrad ein Maß dafür, wie gut Solarmodule das eingefangene Sonnenlicht in Strom umwandeln können. Mit dem technologischen Fortschritt hat sich der Wirkungsgrad im Laufe der Zeit verbessert; heute kann man im Vergleich zu früher mehr Energie mit weniger Modulen gewinnen.

Faktoren, die den Wirkungsgrad von Solarmodulen beeinflussen

Die Effizienz Ihres Solarmoduls hängt von fünf Faktoren ab:

Temperatur:

Der Erregungsgrad der Elektronen bestimmt ihr Energieniveau. Im Gegensatz zu dem, was viele Menschen denken, funktionieren Solarmodule bei niedrigeren Temperaturen jedoch besser. Das liegt an den Elektronen, die sich in der dünnen Siliziumschicht befinden.

Diese Elektronen sind in der Regel weniger erregt und ruhiger. Das erhöht nur ihre Fähigkeit, sich in großer Zahl durch die Übertragungsleitungen zu bewegen, um mehr Strom zu erzeugen. Unter heißen Bedingungen sind die Elektronen stärker erregt und bewegen sich chaotisch in beliebige Richtungen.

Dies erschwert es ihnen, sich problemlos durch die Übertragungsleitungen zu bewegen. Letztlich führt dies zu einem Rückgang Solarenergieerzeugung an einem heißen Tag. Einfach ausgedrückt: An einem kalten sonnigen Tag erhalten Sie einen besseren Wirkungsgrad der Solarstromerzeugung und eine höhere Spannung, an einem heißen sonnigen Tag einen geringeren Wirkungsgrad.

Alter:

Solarmodule können eine Lebensdauer von 25-30 Jahren haben. Während dieser Zeit nimmt die Effizienz der Solarmodule allmählich ab, kann aber auch drastisch sinken, wenn das Sonnenlicht durch Schmutz, Schmutz oder Schatten blockiert wird. Außerdem erreicht der langsame, aber allmähliche Rückgang der Effizienz einen Punkt, an dem Ihre Solarmodule nicht mehr genug Strom für Ihren Bedarf erzeugen. Bei der Entwicklung von Solarmodulen berücksichtigen die Hersteller diese Degradationsrate bereits bei der Konstruktion, aber sie wirkt sich dennoch auf die Effizienz Ihres Solarmoduls aus.

Nachdenken:

Die Menge des von einem Solarmodul eingefangenen und reflektierten Lichts wirkt sich ebenfalls auf die Effizienz aus, denn mehr Lichtreflexion bedeutet weniger Lichteinfang und damit einen geringeren Wirkungsgrad. Außerdem wird nicht das gesamte eingefangene Licht in Strom umgewandelt. Ein Teil geht zwangsläufig als Wärmeenergie verloren. Antireflexionsbeschichtungen und strukturierte Oberflächen können dazu beitragen, die Reflexion von Licht zu verringern.

Verkabelung:

Unterschiedliche Verkabelungskonfigurationen wie Parallel- und Reihenverkabelung können sich auf die Effizienz auswirken. Der beste Weg, diese Entscheidung zu treffen, ist die Beratung durch ein Solarpanel-Unternehmen. Sie können Ihnen dabei helfen, ein für Ihr Haus ideales Design zu finden.

Es gibt viele Arten von Wechselrichtern, z. B. Mikro-Wechselrichter, String-Wechselrichter, Hybrid-Wechselrichter oder Leistungsoptimierer. Die Verkabelung hilft Ihnen auch zu verstehen, welcher Wechselrichter die richtige Wahl für Ihre Solaranlagen ist.

Die verschiedenen Wechselrichtertypen, die Art, wie sie die Energie von den Solarmodulen sammeln und an Ihr Haus weiterleiten, und die Art der Batteriespeicherung spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidung über die Effizienz Ihres Solarmodulsystems.

Wenn Sie tiefer in die Drähte eindringen, finden Sie Busbars. Diese Metallkomponenten verbinden die Solarzellen in einem Solarmodul, um Sonnenlicht einzufangen und Energie zu übertragen. Dies hat einen großen Einfluss auf die Effizienz von Solarmodulen. Mit verschiedenen Konfigurationen und verbesserten Technologien ist es möglich, den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Materialien:

Solarmodule können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden:

  • Solarzellen mit Mehrfachübergängen.
  • Kadmiumtellurid.
  • Monokristallines Silizium.
  • Polykristallines Silizium.

Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wirkungsgrade, wenn sie für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Heute wird für die meisten Solarmodule die Technologie der monokristallinen Silizium-Solarzellen verwendet, da sie einen höheren Wirkungsgrad haben. Ihr Wirkungsgrad ergibt sich aus dem Herstellungsprozess, da sie aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt werden. Dadurch können die Elektronen leichter durch eine Zelle fließen.

Berechnung des Wirkungsgrads von Solarmodulen

Sie können den Wirkungsgrad von Solarmodulen mit dieser Formel berechnen:

Wirkungsgrad (%) = (Pmax ÷ Fläche) ÷ (1000) x 100%

1000 = Bestrahlungsstärke unter Standard-Testbedingungen (STC)

Fläche = Länge x Breite des Solarmoduls (in m2)

Pmax = maximale Leistung des Solarmoduls (in Watt)

Lassen Sie uns die Dinge vereinfachen.

STC:

Standardtestbedingungen (STC) sind die ideale Umgebung, die von den Solarherstellern bei der Überprüfung der durchschnittlichen Leistung von Solarmodulen verwendet wird. Bei diesen Bedingungen werden eine Luftmasse von 1,5 und eine Zelltemperatur von 25 °C verwendet. Die Sonneneinstrahlung wird auf 1000 W/m2 eingestellt. In der Wirkungsgradgleichung wird der Wert von 1000 W/m2 verwendet.

Gebiet:

Sie können die Leistungseinheitsfläche Ihres Moduls leicht berechnen, indem Sie Pmax durch die Fläche teilen.

Maximale Leistungskapazität:

Auf dem technischen Datenblatt Ihrer Solarmodule ist die maximale Leistung oder "Pmax" Ihrer Solarmodule angegeben.

Physikalische Abmessungen:

Die Länge und Breite Ihrer Solarmodule finden Sie auf dem technischen Datenblatt.

Wirkungsgrad von Solarmodulen:

Eine Beispielrechnung hilft Ihnen, den Wirkungsgrad Ihres Solarmoduls zu berechnen. Wenn Ihre Solarmodule zum Beispiel 1.100 W/m2 Sonnenlicht einfangen, eine Fläche von 4 m2 haben und 500 Watt Leistung erzeugen, können wir ihren Wirkungsgrad berechnen:

Wirkungsgrad (%) = (500 ÷ 4) ÷ (1100) x 100%

Wirkungsgrad = 11,36%

Im Jahr 2022 liegt der Wirkungsgrad eines Solarmoduls zwischen 15-20%. Der höchste Wirkungsgrad eines Solarmoduls liegt bei 22%. Mit den Fortschritten in der Technologie werden diese Zahlen nur noch steigen.

Höherer Wirkungsgrad moderner Solarmodule

Die höhere Effizienz moderner Solarmodule lässt sich auf zwei Hauptgründe zurückführen:

Verbesserte Materialien:

Silizium hat eine lange Lebensdauer, ist billig und hat einen hohen Wirkungsgrad. Aus diesen Gründen ist es das bevorzugte Halbleitermaterial für Solarzellen und wird seit Jahrzehnten von Solarmodulhersteller. Forscher finden ständig neue Wege, um die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen.

Einige Methoden sind die Verwendung von Wachstumsmethoden der nächsten Generation, die Schaffung ultradünner kristalliner Schichten und die Entwicklung von Produktionsverfahren, die Silikonstaub aus den Solarzellen entfernen. Ein vielversprechendes Material namens Perowskit hat ebenfalls das Potenzial, eine hocheffiziente Komponente in künftigen Solarzellen zu sein.

Solarenergie-Forschung:

Wissenschaftler entwickeln ständig neue Methoden, um einen höheren Wirkungsgrad von Solarzellen zu erreichen. In den letzten Jahrzehnten hat es unzählige Durchbrüche gegeben, die die Solarenergiesysteme weltweit verbessert haben. Dieser Wunsch nach höherer Effizienz treibt die Forschung in Solarforschungszentren rund um den Globus voran.

Einige prominente Namen in der Forschung sind das Schweizer Zentrum für Elektronik und Mikrotechnologie und das National Renewable Energy Laboratory. Sie haben ihr Fachwissen, ihre Ressourcen und ihre Technologien experimentellen Studien gewidmet, die zur Entwicklung von Hochleistungssolarzellen beitragen werden.

Verbesserung der Effizienz

Die Hersteller konzipieren die Solarmodule so, dass sie nur wenig Wartung oder Kontrolle durch den Hauseigentümer erfordern. Wenn Sie jedoch den Wirkungsgrad Ihrer Solarmodule verbessern und sicherstellen möchten, dass dies auch so bleibt, können Sie Ihre Module täglich reinigen und verhindern, dass Schatten auf Ihre Module fällt. Es kann auch vorkommen, dass Ihre Paneele Probleme haben, die zu einer geringeren Stromerzeugung führen. Wenn dies der Fall ist, sollten Sie sich an Ihr Solarunternehmen wenden.

Was die Zukunft bringt

Die Zukunft der Solarzellen ist vielversprechend, da mehrere Forschungszentren zusammenarbeiten, um die Effizienz von Solarzellen durch Experimente mit neuen Materialien zu erhöhen. Dazu gehören:

  • Quantenpunkte.
  • Organische Fotovoltaik.
  • Konzentrations-Photovoltaik. 
  • Solares Gewebe.
  • Solarhäute.
  • Schwimmende Solaranlagen ("Floatovoltaik").
  • Perowskit-Solarzellen.
  • Gebäudeintegrierte PV-Paneele.

Schwimmende Solaranlagen erzeugen nachweislich mehr Strom als Aufdach- oder Freiflächenanlagen. Dies ist auf die kühlende Wirkung des Wassers zurückzuführen, die den Wirkungsgrad verbessert. Aus diesem Grund werden diese Solarparks weltweit eingesetzt. Auch Solarhäute und gebäudeintegrierte PV-Anlagen wurden bereits in vielen Anwendungen eingesetzt. Die neue Solartechnologie ist vielversprechend und hat eine große Zukunft, wenn es um die Steigerung der Effizienz geht.

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