Die durchschnittliche Effizienz von Photovoltaikanlagen

Solarzellen wandeln die Sonnenenergie mit unterschiedlicher Effizienz in Elektrizit├Ąt um.

Die Effizienz einer Photovoltaikanlage ist das Ma├č daf├╝r, wie viel Sonnenenergie eine Solarzelle in elektrische Energie umwandelt. Die meisten typischen Silizium-Solarzellen haben einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 15 Prozent. Aber auch ein Solarsystem mit 15 Prozent Wirkungsgrad kann das durchschnittliche Zuhause kosteneffizient versorgen.

Woher kommt die Energie?

Energie im Sonnenlicht kommt in Paketen, die Photonen genannt werden. Diese Photonen tragen abh├Ąngig von ihrer Wellenl├Ąnge eine bestimmte Menge an Energie. Wenn die Wellenl├Ąnge abnimmt, nimmt die Energie eines Photons zu. Diese Photonen regen Elektronen in der Solarzelle an, wodurch diese durch die Schaltung flie├čen und elektrischen Strom erzeugen. Um ein Elektron in Silizium freizusetzen, ben├Âtigt ein Photon mindestens 1,1 Elektronenvolt Energie. Ein Elektronenvolt ist die Energiemenge, die ben├Âtigt wird, um ein Elektron durch eine Potentialdifferenz von 1 Volt zu bewegen. Wenn ein Photon mehr als 1,1 Elektronenvolt hat, wird sich ein Elektron durch den Stromkreis bewegen, aber ├╝bersch├╝ssige Energie wird als W├Ąrme freigesetzt. Dies ist einer der Gr├╝nde, warum Solarzellen eine so geringe Effizienz haben; Sie ben├Âtigen nur eine ganz bestimmte Menge an Energie, um zu arbeiten.

Wie viel Leistung liefert die Sonne?

Je nachdem, wo du dich auf der Erde befindest und wo es sich am Himmel befindet, liefert die Sonne eine andere Menge an Energie. Sonnenkollektoren werden normalerweise unter der Annahme von Standardbedingungen, die als AM1.5 bekannt sind, bewertet. Dies steht f├╝r die Luftmasse 1,5, die als Testbedingung f├╝r Solarmodule gilt. Bei AM1.5 liefert die Sonne 1.000 Watt pro Quadratmeter. Die tats├Ąchlich verf├╝gbare Sonnenenergie variiert jedoch mit dem Standort, den Wetterbedingungen und der Tageszeit.

Wie viel Prozent der Sonnenenergie k├Ânnen Solarzellen nutzen?

Um die Kraft der Sonne zu verstehen, verwenden wir ein Strahlungsmodell, das sogenannte Schwarzk├Ârperspektrum. Das Schwarzk├Ârperspektrum zeigt die Energieverteilung von Objekten bei verschiedenen Wellenl├Ąngen. Basierend auf einem Schwarzk├Ârperspektrum haben 23 Prozent der Sonnenenergie eine Wellenl├Ąnge, die zu lang ist, um f├╝r Sonnenkollektoren n├╝tzlich zu sein. Diese Photonen werden nur durch die Zelle gehen. Andere Wellenl├Ąngen haben etwas ├╝bersch├╝ssige Energie. Tats├Ąchlich sind weitere 33 Prozent der Sonnenenergie ├╝bersch├╝ssige Energie, die auch f├╝r Silizium-Solarzellen unbrauchbar ist. Damit stehen den Silizium-Solarzellen nur 44 Prozent der Sonnenenergie zur Verf├╝gung. Mehr von dieser Energie geht verloren durch Reflexion und andere Prozesse in der Zelle selbst. W├Ąhrend die theoretische maximale Effizienz h├Âher sein kann, liegt die tats├Ąchliche Effizienz von Siliziumzellen ├╝blicherweise bei etwa 15 Prozent.

Wie steigern wir die Effizienz des Panels?

Um die Effizienz von Solarmodulen zu erh├Âhen, k├Ânnen wir die Materialien, aus denen wir sie herstellen, verbessern und diversifizieren. Unterschiedliche Materialien ben├Âtigen eine unterschiedliche Photonenenergie, um Strom zu erzeugen. Daher k├Ânnen Hybridpanels eine Anzahl verschiedener Elektronenvoltwerte abdecken, um die aufgenommene Energie zu maximieren. Ein Problem bei diesem Ansatz sind die Herstellungskosten. Das Standard-Solarmodul besteht aus Silizium, das weit verbreitet und gut verst├Ąndlich ist. Da die in Solarzellen verwendeten Materialien seltener und spezialisierter werden, steigen die Herstellungskosten. Daher f├╝hrt eine Erh├Âhung der Effizienz zu einem Kostenanstieg.

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