Den Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen definieren wir als den Anteil der Sonnenenergiemenge, die durch Photovoltaik in elektrische Energie umgewandelt wird. Derzeit liegt der durchschnittliche Umwandlungswirkungsgrad von Photovoltaikmodulen zwischen 16-17%. Solarmodule mit Werten über 19% gelten als hocheffiziente Module.
Die Effizienz der Sonnenkollektoren, der Breitengrad und das Klima sind die Elemente, die die Produktion einer Eigenverbrauchsanlage bestimmen. Wie bei allen erneuerbaren Energien ist dieser Faktor wichtig, um die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage zu bestimmen, da die Nutzungsdauer von Solarmodulen zwischen 25 Jahren liegt. Manche werden sogar 30 Jahre alt.
Photovoltaik ist eine Art sauberer Energie, die auf dem Einfluss von Lichtphotonen auf photoelektrische Zellen basiert, die einen elektrischen Strom erzeugen.
Wenn wir uns auf die Umwandlungseffizienz dieser Art von Technologie beziehen, beziehen wir uns implizit auf:
-
Thermodynamischer Wirkungsgrad
-
Effizienz der Ladungsträgertrennung
-
Reflexionseffizienz und Fahreffizienzwerte.
Diese Parameter sind schwer direkt zu messen, daher werden stattdessen andere Parameter gemessen, einschließlich Quanteneffizienz, Leerlaufspannungsverhältnis und Füllfaktor.
Wovon hängt die Effizienz eines Solarpanels ab?
Die Effizienz eines Solarmoduls hängt hauptsächlich von zwei Faktoren ab:
-
Die Effizienz der Photovoltaikzelle: Die Effizienz der Zelle basiert auf ihrem Design und der Art des Siliziums, das hochrein sein kann oder nicht.
-
Der Gesamtwirkungsgrad des Moduls: Dieser hängt vom Design der Solarzelle sowie der Konfiguration und Größe jedes Typs von Photovoltaikmodulen ab. Diese Werte können dem technischen Datenblatt des Solarmoduls entnommen werden.
Wie kann die Effizienz von Solarmodulen verbessert werden?
Um das Beste aus Photovoltaikmodulen herauszuholen, gibt es die folgenden technischen Methoden, um effizientere Solarmodule zu erhalten:
1. Kühlung des Solarpanels
Die Temperatur beeinflusst die Leistung eines Solarpanels. Diese Variation wird durch den Temperaturkoeffizienten quantifiziert , der als prozentualer Rückgang der Produktion für jede Erhöhung um 1 Grad Celsius von 25 Grad Celsius ausgedrückt wird.
Für jedes Grad Celsius, um das die Zelltemperatur erhöht wird, sinkt der Solarwirkungsgrad um etwa 0,45%. Um die Verringerung des solaren Wirkungsgrades durch Erwärmung zu vermeiden, kann eine sichtbar transparente Quarzglasschicht auf ein photovoltaisches Solarpanel aufgebracht werden.
Die Quarzkristallschicht fungiert als thermischer schwarzer Körper, der Wärme in Form von Infrarotstrahlung in den Weltraum abgibt. Mit dieser Aktion ist es möglich, die Temperatur der Photovoltaikzelle auf bis zu 13 Grad Celsius abzusenken.
2. Förderung der Lichtstreuung im sichtbaren Spektrum
Durch Auskleiden der lichtempfangenden Oberfläche der Zelle mit Metallpfosten in Nanogröße kann die Effizienz der Zelle erheblich gesteigert werden. Die Sonnenstrahlung wird von diesen Pfosten schräg zur Zelle reflektiert.
Diese Richtungsänderung bewirkt eine Verlängerung des Weges, den das Licht durch die Solarzelle nimmt. Folglich erhöht die Erhöhung des Pfads die Anzahl der von der Zelle absorbierten Photonen und auch die Menge des erzeugten Gleichstroms.
3. Wählen Sie den optimalen transparenten Leiter
Die beleuchtete Seite einiger Solarzellentypen hat einen transparenten leitfähigen Film, der das Sonnenlicht in das aktive Material eindringen und die erzeugten Ladungsträger sammeln lässt.
Im Allgemeinen werden hierfür Folien mit hoher Transmission und hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet. Es gibt einen Kompromiss zwischen hoher Transmission und elektrischer Leitfähigkeit, daher muss die optimale Dichte der leitfähigen Nanodrähte oder der leitfähigen Netzwerkstruktur gewählt werden, um eine hohe Solareffizienz zu erreichen.
4. Verwenden Sie Antireflexbeschichtungen und Texturen auf dem Solarpanel
Antireflexbeschichtungen können zu stärker destruktiven Interferenzen durch einfallende Lichtwellen der Sonne führen. Somit würde das gesamte Sonnenlicht auf die Photovoltaikanlage übertragen.
Eine weitere Technik zur Reduzierung der Reflexion ist die Texturierung, bei der die Oberfläche einer Solarzelle so verändert wird, dass reflektiertes Licht wieder auf die Oberfläche trifft.
5. Dünnschichtmaterialien in Solarzellen
Im Hinblick auf geringe Kosten und Anpassungsfähigkeit an bestehende Strukturen verbessern Dünnschichtmaterialien das Energy Harvesting von Photovoltaikzellen.
Da die Materialien jedoch so dünn sind, fehlt ihnen die optische Absorption, die Bulk-Material-Solarzellen haben.
6. Passivierung der posterioren Fläche
Die Aluminiumrückseite verlangsamt Verbesserungen der Solareffizienz. Die Effizienz vieler Solarzellen wurde jedoch durch die Schaffung sogenannter passiver und passiver wärmeabgebender Zellen verbessert.
Die chemische Abscheidung eines Stapels dielektrischer Passivierungsschichten von der Rückseite trägt dazu bei, den Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen um mehr als 1 % zu verbessern.