Geringe Effizienz Solarplatten– einer der Hauptnachteile moderner Solaranlagen. Heute gibt es einen Quadratmeter Eine Fotozelle ist in der Lage, etwa 15–20 % der auf sie einfallenden Strahlungsleistung zu erzeugen.

Eine solche Erzeugung erfordert den Einbau großer Batterien für eine vollständige Stromversorgung. Um die erforderliche Ausgangsspannung zu erreichen, werden sie außerdem in Reihe oder parallel miteinander verbunden. Ihre Fläche kann mehrere Quadratmeter erreichen.

Die Effizienz von Solarmodulen hängt von mehreren Gründen ab:

• Fotozellenmaterial;
• solare Flussdichte;
• Saison;
• Temperatur;
• usw.

Lassen Sie uns mehr über jeden Faktor sprechen.

Fotozellenmaterial

Abhängig von der Art der Bildung des Siliziumatoms werden sie in drei Typen unterteilt:

• polykristallin;
• einkristallin;
• amorphe Siliziumplatten.

Polykristalline Panels bestehen aus reinem Silizium und haben einen relativ hohen Wirkungsgrad von 14-17 %.

Monokristalline Module sind bei der Umwandlung von Sonnenenergie weniger effizient. Ihr Wirkungsgrad liegt bei etwa 10-12 %. Der geringe Energieverbrauch bei der Herstellung solcher Konverter macht sie jedoch erschwinglicher.

Panels aus amorphem Silizium (oder Dünnfilm) sind einfach und kostengünstig herzustellen und daher erschwinglich. Allerdings ist ihre Wirksamkeit deutlich geringer als die der beiden vorherigen Typen – 5-6 %. Darüber hinaus verlieren Elemente von Dünnschicht-Siliziumkonvertern mit der Zeit ihre Eigenschaften.

Dünnschichtbatterien werden auch aus Partikeln aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen hergestellt. Dadurch erhöht sich ihre Leistung geringfügig.

Arbeiten Sie bei jedem Wetter

Leistungsdiagramm in Abhängigkeit von den Wetterbedingungen. Dieser Indikator hängt von der geografischen Lage des Panels ab: Je näher am Äquator, desto höher die Dichte der Sonnenstrahlung.

Im Winter kann die Leistung von Fotozellen um das Zwei- bis Achtfache sinken. Dies erklärt sich vor allem durch die Ansammlung von Schnee auf ihnen und die Verringerung der Dauer und Anzahl der Sonnentage.

Wichtig zu beachten: Beobachten Sie im Winter die Neigung der Paneele, da die Sonne tiefer als gewöhnlich steht.

Bedingungen für effektives Arbeiten

Damit die Batterie effizient arbeitet, müssen Sie mehrere Nuancen berücksichtigen:

• Neigungswinkel der Batterie zur Sonne;
• Temperatur;
• Mangel an Schatten.

Der Winkel zwischen der Arbeitsfläche des Konverters und den Sonnenstrahlen sollte nahezu rechts sein. In diesem Fall ist die Effizienz der Fotozellen unter sonst gleichen Bedingungen maximal. Zur Steigerung der Effizienz sind sie zusätzlich mit einem Sonnennachführungssystem ausgestattet, das die Neigung relativ zur Position der Leuchte verändert. Aufgrund der hohen Kosten der Ausrüstung kommt dies jedoch nicht oft vor.

Welche Arten von Solarmodulen gibt es?

Heutzutage erfreuen sich verschiedene Arten von Solarmodulen immer größerer Beliebtheit. Und das aus gutem Grund, denn neben der Tatsache, dass die Bevölkerung des Planeten Erde beginnt, über umweltfreundliche Energiequellen nachzudenken, werden auch Solarpaneele immer energieeffizienter. Das Grundlegendste, was in jedem Solarenergieversorgungssystem enthalten ist, sind natürlich Paneele oder Batterien Daher ist es wichtig zu verstehen, was was ist. Natürlich ist das System viel komplizierter und umfasst alle möglichen Stabilisatoren, Wechselrichter usw., aber das ist nicht der Hauptpunkt.

Welche Arten von Solarmodulen bzw. Panels gibt es?

Heutzutage sind die Arten von Solarmodulen so vielfältig und ihre Vielfalt ist so groß, dass sich jeder Verbraucher, der eine ähnliche Energiequelle erwerben möchte, die Frage stellt: „ Wie wählt man eine Solarbatterie aus? Welche Arten von Solarmodulen gibt es?„Darum geht es in unserem Artikel: Wir werden versuchen, ohne in den Technologiedschungel einzutauchen, herauszufinden, in welche Arten von Batterien oder Panels, die mit Solarenergie betrieben werden, unterteilt sind, denn der Markt ist voll davon vorteilhafte Angebote und wir möchten Ihnen dieses oder jenes System verkaufen. Zunächst einmal unterscheiden sich Solarmodule in Material, Funktionsweise und Herstellungsprinzip. Also lasst uns herausfinden, was und warum.

Silizium-Solarzellen

Diese Art von Solarmodulen unterscheidet sich vor allem im Material, das, wie der Name schon sagt, durch Silizium repräsentiert wird. Dies sind heute die beliebtesten Batterien auf dem Markt. Dies liegt daran, dass Silizium ein relativ leicht verfügbares Material ist, kostengünstig ist und gleichzeitig im Vergleich zu Solarmodultypen der Konkurrenz gute Leistungsindikatoren aufweist. Sie werden nicht nur aus Silizium, sondern auch aus mono-, polykristallinem und amorphem Silizium hergestellt. Was ist der Unterschied?

Monokristalline Solarzellen

Für die Herstellung monokristalliner Solarzellen wird gereinigtes, reinstes Silizium verwendet. Diese Art von Solarmodulen sieht aus wie Silikonwaben oder Zellen, die zu einer Struktur verbunden sind. Nachdem der gereinigte Einkristall ausgehärtet ist, wird er in superdünne Platten mit einer Dicke von bis zu 300 Mikrometern geteilt. Solche fertigen Platten werden durch ein dünnes Elektrodengitter verbunden. Im Vergleich zu amorphen Batterien sind diese teurer, da ihre Herstellungstechnologie deutlich komplexer ist. Darüber hinaus sind solche Batterien zumindest aufgrund ihrer hohen Leistung eine Wahl wert Leistungskoeffizient (Wirkungsgrad). Auf dem 20 %-Niveau. Ja, das ist ein guter Indikator für Solarmodule.

Polykristalline Solarmodule

Dafür Um Polykristalle zu erhalten, wird die Siliziumsubstanz langsam abgekühlt. Dieser produktionstechnische Ansatz ist deutlich günstiger als der bisherige Plattentyp, weshalb dieser Typ weniger kostet. Gleichzeitig wird für die Produktion weniger Energie benötigt, was sich wiederum positiv auf den Preis auswirkt. Aber was muss geopfert werden? Daher solche Batterien Der Wirkungsgrad ist geringer – bis zu 18 %. Dieser Abfall des Koeffizienten ist mit Bildungen innerhalb des Polykristalls verbunden, die den Wirkungsgrad verringern. Um die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Batterietyp besser zu verstehen, werfen Sie einen Blick auf die Tabelle:

Vergleichstabelle monokristalliner und polykristalliner Solarmodule:

Faktor	Einkristalle	Polykristalle
Unterschied in der Struktur	Die Kristalle sind in eine Richtung gerichtet, die Körner sind parallel	Die Kristalle sind in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet, nicht parallel
Betriebsstabilität	Hoch	Weniger
Preis	Teure Batterien	Auch teuer, aber günstiger
Rückzahlung	2 Jahre	bis zu 3 Jahre
Effizienz	bis zu 22 %	vor 18 %
Produktionstechnologie	Perfekter, komplexer, genauer	Einfacher, daher die geringen Kosten

Amorphe Solarmodule oder amorphe Siliziumbatterien

• Diese Art von Solarzellen kann als Silizium-Solarzelle klassifiziert werden (weil Herstellungsmaterial - Silizium) und für Filmbatterien, da sie nach dem Prinzip der Herstellung von Filmbatterien hergestellt werden. Aber dennoch gibt es Unterschiede.

• Hier Es werden keine Siliziumkristalle verwendet, sondern das sogenannte Silan (Wasserstoffsilizium).. Es wird auf das Substrat im Inneren der Batterien aufgetragen. Der Wirkungsgrad dieser Art von Solarmodulen ist viel geringer – etwa 5 %. Aber so schlimm ist es nicht! Es gibt auch Vorteile, darunter: viel bessere Absorption (20-mal besser), bessere Wirkung ohne direkte Sonneneinstrahlung, bei Bewölkung, Elastizität der Paneele.

• Auch Es gibt Kombinationen von mono- und polykristallinen Panels mit amorphen Panels. Diese Kombination ermöglicht es Ihnen, die Vorteile von zwei zu kombinieren verschiedene Arten. Beispielsweise funktionieren Batterien besser, wenn die Sonne für herkömmliche kristalline Batterien nicht ausreicht.

Filmsolarzellen

Folienpaneele sind der nächste Schritt in der Entwicklung von Solarstromquellen. Ein Schritt, der vor allem durch die Notwendigkeit, die Preise für die Batterieproduktion zu senken, und den Wunsch nach einer Steigerung der Energieeffizienz bedingt ist.

Filmbatterien auf Basis von Cadmiumtellurid

• Cadmium ist ein Material mit einer hohen Lichtabsorption, in den 70er Jahren als Solarzellenmaterial entdeckt. Heutzutage wird dieses Material nicht mehr nur im Weltraum und in erdnahen Umlaufbahnen verwendet, sondern auch aktiv als Material für Sonnenkollektoren für den normalen Heimgebrauch.

• Das Hauptproblem bei der Verwendung eines solchen Materials ist seine Toxizität.. Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass der Cadmiumgehalt höher ist. der in die Atmosphäre entweicht, ist zu klein, um der menschlichen Gesundheit zu schaden. Trotz des geringen Wirkungsgrads von etwa 10 % sind die Kosten pro Energieeinheit bei solchen Batterien geringer als bei Analoga.

Folienplatten auf Basis von Kupfer-Indiumselenid

Art von Solarmodulen aus solchen Materialien Verwenden Sie Kupfer, Indium, Selen als Halbleiter. Indium ist übrigens das wichtigste und sehr notwendige Material, das bei der Herstellung von Flüssigkristallmonitoren verwendet wird. Daher wird für diese Zwecke häufig Gallium verwendet, das Indium in seinen Funktionen ersetzt. Der Wirkungsgrad ist hier höher als bei Cadmiumtellurid-Batterien – etwa 20 %.

Polymer-Solarmodule

Eine Art Solarpanel, das vor kurzem erfunden wurde und mit deren Produktion begonnen wurde. Als Leiter fungieren hier Polyphenylen, Furellene und Kupferphthalocyanin. Darüber hinaus ist ein solcher Film sehr dünn – etwa 100 nm. Trotz des geringen Wirkungsgrads von etwa 5 % lassen sich dennoch die Gründe hervorheben, warum Sie sich für diese Art von Solarmodulen entscheiden sollten: Verfügbarkeit der Materialien, niedrige Kosten, keine schädlichen Emissionen in die Atmosphäre. Daher sind solche Batterien für Verbraucher großartig, da sie eine hervorragende Elastizität und Umweltfreundlichkeit aufweisen.

Vergleichstabelle: Arten von Solarmodulen und Wirkungsgrade

Abschließend möchte ich vergleichen Effizienzfaktoren jeder Art von Solarmodulen, aber vergessen Sie nicht, dass es neben der Effizienz noch viele andere Faktoren gibt, die jeden Typ sowohl von der guten als auch von der schlechten Seite charakterisieren können.

Was sind konzentrierende Solarmodule?

Konzentrierende Module tragen dazu bei, die Fläche von Solarmodulen effizienter zu nutzen, was zu einer Platzeinsparung von fast dem Doppelten führt. Ein solches System ist jedoch durch die Notwendigkeit der Installation kompliziert mechanisches Modul, was die Linsen zur Sonne drehen würde. Solche Installationen sind insbesondere dort erforderlich, wo das ganze Jahr über reichlich direkte Sonneneinstrahlung herrscht.

Photosensibilisierte Batterien

Der Photosensibilisierungsfarbstoff trägt wiederum zur Optimierung der Sonnenenergieaufnahme bei, aber nach diesem Prinzip arbeitende Solarmodule erinnern eher an den Prozess der Photosynthese in der Natur. Derzeit handelt es sich jedoch nur um eine konzeptionelle Idee, die nicht umgesetzt werden kann. Wer weiß, vielleicht sind sie, wenn Sie sich für den Kauf von Solarmodulen entscheiden, bereits in vollem Umfang auf dem Markt erhältlich.

Haben Sie herausgefunden, was Solarmodule sind? Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen bei der Entscheidung hilft, welche Batterie Sie in Ihr Zuhause einbauen sollten., aber wenn Sie nach der Lektüre noch weitere Fragen haben, besuchen Sie gerne unsere Website, auf der Sie alle Informationen zu Solarmodulen und Stromversorgungen mit Solarenergie finden, sowie Verschiedene Arten Solarplatten.

In letzter Zeit hat sich die Solarenergie rasant entwickelt

In jüngster Zeit hat sich die Solarenergie so rasant entwickelt, dass der Anteil von Solarstrom an der weltweiten jährlichen Stromerzeugung innerhalb von 10 Jahren von 0,02 % im Jahr 2006 auf fast ein Prozent im Jahr 2016 gestiegen ist.

Der Dam Solar Park ist das größte Solarkraftwerk der Welt. Leistung 850 Megawatt.

Der Hauptstoff für Solarkraftwerke ist Silizium, dessen Vorräte auf der Erde praktisch unerschöpflich sind. Ein Problem besteht darin, dass die Effizienz von Silizium-Solarzellen zu wünschen übrig lässt. Die effizientesten Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von nicht mehr als 23 %. Und der durchschnittliche Wirkungsgrad liegt zwischen 16 % und 18 %. Daher arbeiten weltweit Forscher im Bereich der Solarphotovoltaik daran, Solarphotokonverter aus dem Image eines teuren Stromlieferanten zu befreien.

Es hat sich ein echter Kampf entwickelt, um eine Solar-Superzelle zu schaffen. Die Hauptkriterien sind hohe Effizienz und niedrige Kosten. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den USA gibt sogar regelmäßig einen Newsletter heraus, der die Zwischenergebnisse dieses Kampfes widerspiegelt. Und jede Folge zeigt die Gewinner und Verlierer, die Außenseiter und die Emporkömmlinge, die zufällig in dieses Rennen verwickelt wurden.

Spitzenreiter: Solar-Mehrschichtzelle

Diese Heliumkonverter ähneln einem Sandwich aus verschiedene Materialien, einschließlich Perowskit, Silizium und dünne Filme. Dabei absorbiert jede Schicht nur Licht einer bestimmten Wellenlänge. Dadurch sind diese flächengleich Arbeitsfläche Mehrschichtige Heliumzellen produzieren deutlich mehr Energie als andere.

Die rekordverdächtige Effizienz von Mehrschicht-Fotokonvertern wurde Ende 2014 von einem gemeinsamen deutsch-französischen Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Frank Dimroth am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme erreicht. Es wurde ein Wirkungsgrad von 46 % erreicht. Dieser fantastische Effizienzwert wurde durch eine unabhängige Studie am NMIJ/AIST – dem größten Metrologiezentrum Japans – bestätigt.

Mehrschichtige Solarzelle. Effizienz – 46 %

Diese Zellen bestehen aus vier Schichten und einer Linse, die das Sonnenlicht auf sie konzentriert. Zu den Nachteilen gehört das Vorhandensein von Germanium in der Struktur des Substrats, was die Kosten des Solarmoduls leicht erhöht. Aber letztendlich können alle Mängel mehrschichtiger Zellen beseitigt werden, und die Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Entwicklung in naher Zukunft die Wände der Labore verlassen und in die große Welt vordringen wird.

Rookie des Jahres – Perowskit

Ganz unerwartet mischte sich ein Neuling in das Rennen der Spitzenreiter ein – Perowskit. Perowskit ist die allgemeine Bezeichnung für alle Materialien, die eine bestimmte kubische Kristallstruktur aufweisen. Obwohl Perowskite schon seit langem bekannt sind, begann die Erforschung von Solarzellen aus diesen Materialien erst zwischen 2006 und 2008. Die ersten Ergebnisse waren enttäuschend: Der Wirkungsgrad von Perowskit-Photokonvertern überstieg nicht 2 %. Gleichzeitig ergaben Berechnungen, dass dieser Wert um eine Größenordnung höher liegen könnte. Tatsächlich erhielten koreanische Forscher nach einer Reihe erfolgreicher Experimente im März 2016 eine bestätigte Wirksamkeit von 22 %, was an sich schon eine Sensation war.

Perowskit-Solarzelle

Der Vorteil von Perowskit-Zellen besteht darin, dass sie bequemer zu verarbeiten und einfacher herzustellen sind als ähnliche Siliziumzellen. Mit der Massenproduktion von Perowskit-Fotokonvertern könnte der Preis für ein Watt Strom 0,10 US-Dollar erreichen. Aber Experten gehen davon aus, dass Perowskit-Heliumzellen erst dann erreicht werden maximale Effizienz und beginnen, in industriellen Mengen produziert zu werden, können die Kosten für ein „Silizium“-Watt Strom erheblich gesenkt werden und das gleiche Niveau von 0,10 US-Dollar erreichen.

Experimentell: Quantenpunkte und organische Solarzellen

Dieser Solarphotokonvertertyp befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und kann noch nicht als ernstzunehmender Konkurrent zu bestehenden Heliumzellen angesehen werden. Der Entwickler, die University of Toronto, behauptet jedoch, dass nach theoretischen Berechnungen der Wirkungsgrad von Solarzellen auf Basis von Nanopartikeln – Quantenpunkten – über 40 % liegen wird. Der Kern der Erfindung kanadischer Wissenschaftler besteht darin, dass Nanopartikel – Quantenpunkte – Licht in verschiedenen Spektralbereichen absorbieren können. Durch die Veränderung der Größe dieser Quantenpunkte wird es möglich sein, den optimalen Betriebsbereich des Fotokonverters auszuwählen.

Solarzelle basierend auf Quantenpunkten

Und wenn man bedenkt, dass diese Nanoschicht durch Aufsprühen auf jedes beliebige, auch transparente Substrat aufgetragen werden kann, sind vielversprechende Aussichten für die praktische Anwendung dieser Entdeckung erkennbar. Und obwohl Labore heute bei der Arbeit mit Quantenpunkten einen Wirkungsgrad von nur 11,5 % erreicht haben, zweifelt niemand an den Aussichten dieser Richtung. Und die Arbeit geht weiter.

Solar Window – neue Solarzellen mit 50 % Wirkungsgrad

Das Unternehmen Solar Window aus Maryland (USA) hat eine revolutionäre „Solarglas“-Technologie eingeführt, die traditionelle Vorstellungen über Solarmodule radikal verändert.

Zuvor gab es Berichte über transparente Helium-Technologien sowie darüber, dass dieses Unternehmen verspricht, die Effizienz von Solarmodulen deutlich zu steigern. Und wie die jüngsten Ereignisse gezeigt haben, handelte es sich hierbei nicht nur um Versprechen, sondern um 50 % Effizienz – nicht mehr nur um die theoretischen Freuden der Forscher des Unternehmens. Während andere Hersteller gerade erst mit bescheideneren Ergebnissen in den Markt einsteigen, hat Solar Window bereits seine wirklich revolutionären Hightech-Entwicklungen im Bereich der Helium-Photovoltaik vorgestellt.

Diese Entwicklungen ebnen den Weg für die Herstellung transparenter Solarzellen, die im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen einen deutlich höheren Wirkungsgrad aufweisen. Doch das ist nicht der einzige Vorteil der neuen Solarmodule aus Maryland. Neue Heliumzellen lassen sich problemlos auf allen transparenten Oberflächen (z. B. Fenstern) anbringen und können im Schatten oder unter künstlichem Licht arbeiten. Aufgrund der geringen Kosten können sich Investitionen in die Ausstattung eines Gebäudes mit solchen Modulen innerhalb eines Jahres amortisieren. Im Vergleich dazu beträgt die Amortisationszeit herkömmlicher Solarmodule fünf bis zehn Jahre, was einen großen Unterschied darstellt.

Solarzellen der Firma Solar Window

Die Solar Window Company hat einige Details bekannt gegeben neue Technologie Solarzellen mit solch hohem Wirkungsgrad zu erhalten. Natürlich wurde das Haupt-Know-how außen vor gelassen. Alle Heliumzellen bestehen hauptsächlich aus organischem Material. Die Elementschichten bestehen aus transparenten Leitern, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Nach Angaben des Unternehmens ist die Produktion dieser Solarmodule so umweltfreundlich, dass sie zwölfmal weniger Umweltbelastungen verursacht als die Produktion herkömmlicher Heliummodule. In den nächsten 28 Monaten werden in einigen Gebäuden, Schulen, Büros und Wolkenkratzern die ersten transparenten Solarmodule installiert.

Wenn wir über die Aussichten für die Entwicklung der Helium-Photovoltaik sprechen, ist es sehr wahrscheinlich, dass herkömmliche Silizium-Solarzellen der Vergangenheit angehören und hocheffizienten, leichten und multifunktionalen Elementen Platz machen, die der Helium-Energie die weitesten Horizonte eröffnen. veröffentlicht

Die alternative Energie entwickelt sich in Europa maximal und zeigt ihr Versprechen mit Ergebnissen. Es entstehen neue Arten von Solarmodulen, deren Effizienz steigt.

Wenn Sie den Betrieb eines Industriegebäudes oder eines Wohngebäudes mit Solarenergie sicherstellen möchten, müssen Sie zunächst die Unterschiede zwischen den Geräten verstehen, da für verschiedene Klimazonen unterschiedliche Arten von Solarmodulen verwendet werden.

Die überwiegende Mehrheit der Solarmodule sind im physikalischen Sinne Photovoltaik-Wandler. Der stromerzeugende Effekt entsteht vor Ort Halbleiter p-nÜbergang.

Siliziumwafer bilden die Grundlage für die Kosten von Solarmodulen. Wenn Sie sie jedoch als Stromquelle rund um die Uhr nutzen, müssen Sie zusätzlich teure Batterien kaufen

Das Panel besteht aus zwei Siliziumwafern mit unterschiedlichen Eigenschaften. Unter dem Einfluss von Licht entwickelt einer von ihnen einen Mangel an Elektronen, der andere einen Überschuss. Jede Platte verfügt über Leiterbahnen aus Kupfer, die mit Spannungswandlern verbunden sind. Ein industrielles Solarmodul besteht aus mehreren laminierten Photovoltaikzellen, die miteinander verbunden und auf einem flexiblen oder starren Substrat montiert sind.

Die Effizienz der Anlage hängt maßgeblich von der Reinheit des Siliziums und der Ausrichtung seiner Kristalle ab. Es sind diese Parameter, die Ingenieure in den letzten Jahrzehnten versucht haben, zu verbessern. Das Hauptproblem dabei sind die hohen Kosten der Prozesse, die der Reinigung von Silizium und der Anordnung der Kristalle in einer Richtung im gesamten Panel zugrunde liegen.

Der maximale Wirkungsgrad verschiedener Solarmodule schwankt jedes Jahr große Seite, weil Milliarden von Dollar in die Erforschung neuer Photovoltaik-Materialien investiert werden

Halbleiter für Photovoltaik-Wandler können nicht nur aus Silizium, sondern auch aus anderen Materialien hergestellt werden. Das Funktionsprinzip ändert sich nicht.

Arten von fotoelektrischen Wandlern

Industrielle Solarmodule werden nach ihren Konstruktionsmerkmalen und der Art der funktionierenden Photovoltaikschicht klassifiziert. Je nach Gerätetyp gibt es folgende Batterietypen:

• flexibel;
• hart.

Flexible Dünnschicht-Solarmodule nehmen aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Montage nach und nach eine immer größere Marktnische ein, da sie auf den meisten Oberflächen mit unterschiedlichen architektonischen Formen installiert werden können.

Die tatsächlichen Eigenschaften von Solarmodulen liegen in der Regel unter den in der Anleitung angegebenen. Daher ist es ratsam, sich vor der Installation zu Hause ein ähnliches abgeschlossenes Projekt selbst anzusehen.

Basierend auf der Art der funktionierenden Photovoltaikschicht werden Solarbatterien in folgende Typen unterteilt:

1. Silizium:
   • einkristallin;
   • polykristallin;
   • amorph.
2. Tellur-Cadmium.
3. Basierend auf Indium-Kupfer-Galliumselenid.
4. Polymer.
5. Bio.
6. Basierend auf Galliumarsenid.
7. Kombiniert und vielschichtig.

Nicht alle Arten von Solarmodulen sind für den allgemeinen Verbraucher interessant, sondern nur die ersten beiden kristallinen Untertypen. Obwohl einige andere Paneltypen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, werden sie aufgrund ihrer hohen Kosten nicht häufig eingesetzt.

Bildergalerie

Silizium-Photovoltaikzellen sind sehr hitzeempfindlich. Die Basistemperatur zur Messung der Stromerzeugung beträgt 25 °C. Bei einer Erhöhung um ein Grad sinkt der Wirkungsgrad der Panels um 0,45–0,5 %.

Eigenschaften von Paneelen auf Siliziumbasis

Silizium für Solarzellen wird aus Quarzpulver – gemahlenen Quarzkristallen – hergestellt. Die reichsten Rohstoffvorkommen liegen in Westsibirien und im Mittleren Ural, daher sind die Aussichten für diesen Bereich der Solarenergie nahezu grenzenlos. Bereits jetzt nehmen kristalline und amorphe Siliziumplatten einen Marktanteil von über 80 % ein. Daher lohnt es sich, sie genauer zu betrachten.

Monokristalline Siliziumplatten

Moderne monokristalline Siliziumwafer (Mono-Si) haben über die gesamte Oberfläche eine gleichmäßige dunkelblaue Farbe. Für ihre Herstellung wird reinstes Silizium verwendet. Monokristalline Solarzellen haben unter allen Siliziumwafern den höchsten Preis, bieten aber auch den besten Wirkungsgrad.

Große monokristalline Solarmodule mit Drehmechanismus passen perfekt in Wüstenlandschaften. Es gibt Bedingungen für maximale Produktivität

Die hohen Produktionskosten sind auf die Schwierigkeit zurückzuführen, alle Siliziumkristalle in die gleiche Richtung auszurichten. Aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften der Arbeitsschicht ist die maximale Effizienz nur dann gewährleistet, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht zur Plattenoberfläche stehen.

Monokristalline Batterien erfordern eine zusätzliche Ausrüstung, die sie tagsüber automatisch dreht, sodass die Ebene der Panels möglichst senkrecht zu den Sonnenstrahlen steht.

Aus einem zylindrischen Metallblock werden Siliziumschichten mit einseitigen Kristallen geschnitten, sodass die fertigen Photovoltaikblöcke wie ein an den Ecken abgerundetes Quadrat aussehen.

Zu den Vorteilen monokristalliner Siliziumbatterien gehören:

1. Hoher Wirkungsgrad mit einem Wert von 17-25 %.
2. Geringere Gerätefläche pro Leistungseinheit im Vergleich zu polykristallinen Siliziumpaneelen.
3. Eine ausreichende Effizienz der Stromerzeugung ist für bis zu 25 Jahre gewährleistet.

Solche Batterien haben nur zwei Nachteile:

1. Hohe Kosten und lange Amortisation.
2. Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. Staub streut Licht, sodass die Effizienz damit beschichteter Solarmodule stark abnimmt.

Aufgrund der Notwendigkeit direkter Sonneneinstrahlung werden monokristalline Solarmodule hauptsächlich auf offenen Flächen oder in Höhen installiert. Je näher das Gebiet am Äquator liegt und je mehr Sonnentage es hat, desto bevorzugter ist die Installation dieser besonderen Art von Photovoltaikelementen.

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Siliziumplatten (Multi-Si) haben eine blaue Farbe, deren Intensität aufgrund der unterschiedlichen Ausrichtung der Kristalle ungleichmäßig ist. Die Reinheit des bei ihrer Herstellung verwendeten Siliziums ist etwas geringer als die der monokristallinen Analoga.

Multidirektionale Kristalle sorgen für eine hohe Effizienz bei diffusem Licht – 12–18 %. Sie ist niedriger als bei unidirektionalen Kristallen, aber bei bewölktem Wetter sind solche Panels effektiver.

Die Heterogenität des Materials führt auch zu einer Kostensenkung bei der Siliziumproduktion. Das gereinigte Metall für polykristalline Solarmodule wird ohne besondere Tricks in Formen gegossen. Bei der Herstellung werden spezielle Techniken zur Bildung von Kristallen eingesetzt, deren Ausrichtung jedoch nicht kontrolliert wird. Nach dem Abkühlen wird das Silizium in Schichten geschnitten und nach einem speziellen Algorithmus verarbeitet.

Polykristalline Paneele erfordern keine ständige Ausrichtung zur Sonne, daher werden Dächer von Häusern und Industriegebäuden aktiv für ihre Platzierung genutzt.

Tagsüber, bei leichter Bewölkung, sind die Vorteile von Solarmodulen aus amorphem Silizium nicht spürbar, ihre Vorteile entfalten sich erst bei dichter Bewölkung oder im Schatten

Zu den Vorteilen von Solarzellen mit multidirektionalen Kristallen gehören:

1. Hohe Effizienz bei diffusen Lichtverhältnissen.
2. Möglichkeit der dauerhaften Befestigung auf Gebäudedächern.
3. Geringere Kosten im Vergleich zu monokristallinen Panels.
4. Der Wirkungsgradabfall nach 20 Betriebsjahren beträgt nur 15-20 %.

Polykristalline Panels haben auch Nachteile:

1. Reduzierter Wirkungsgrad mit einem Wert von 12-18 %.
2. Benötigt im Vergleich zu monokristallinen Gegenstücken mehr Installationsraum pro Leistungseinheit.

Polykristalline Solarmodule erobern neben anderen Siliziumbatterien immer mehr Marktanteile. Dafür sorgen vielfältige Möglichkeiten zur Senkung der Produktionskosten. Auch die Effizienz solcher Panels steigt jedes Jahr und nähert sich bei Massenprodukten schnell der 20-Prozent-Marke.

Solarmodule aus amorphem Silizium

Der Mechanismus zur Herstellung von Solarmodulen aus amorphem Silizium unterscheidet sich grundlegend von der Herstellung kristalliner Photovoltaikzellen. Dabei kommt nicht ein reines Nichtmetall zum Einsatz, sondern dessen Hydrid, dessen heiße Dämpfe sich auf dem Substrat niederschlagen. Durch diese Technologie entstehen keine klassischen Kristalle und die Produktionskosten werden deutlich gesenkt.

Solarzellen aus abgeschiedenem amorphem Silizium können entweder auf einem flexiblen Polymersubstrat oder einer starren Glasscheibe montiert werden

Derzeit gibt es bereits drei Generationen von amorphen Silizium-Panels, die jeweils die Effizienz deutlich steigern. Hatten die ersten Photovoltaik-Module einen Wirkungsgrad von 4–5 %, so werden heute flächendeckend Modelle der zweiten Generation mit einem Wirkungsgrad von 8–9 % auf dem Markt verkauft. Die neuesten amorphen Panels haben einen Wirkungsgrad von bis zu 12 % und sind bereits im Handel erhältlich, aber immer noch recht teuer.

Aufgrund der Besonderheiten davon Produktionstechnologie Es ist möglich, eine Siliziumschicht sowohl auf einem starren als auch auf einem flexiblen Substrat zu erzeugen. Aus diesem Grund werden amorphe Siliziummodule aktiv in flexiblen Dünnschichtsolarmodulen eingesetzt. Allerdings sind Varianten mit elastischem Träger deutlich teurer.

Die physikalisch-chemische Struktur von amorphem Silizium ermöglicht eine maximale Absorption von Photonen schwachen Streulichts zur Stromerzeugung. Daher eignen sich solche Paneele gut für den Einsatz in nördlichen Regionen mit großen Freiflächen. Die Effizienz von Batterien auf Basis von amorphem Silizium nimmt auch bei hohen Temperaturen nicht ab, obwohl sie in diesem Parameter Galliumarsenid-Panels unterlegen sind.

Bei gleichen Ausrüstungskosten weisen Siliziumhydrid-Solarmodule eine höhere Leistung auf als ihre mono- und polykristallinen Gegenstücke

Zusammenfassend können wir folgende Vorteile amorpher Solarmodule aufzeigen:

1. Möglichkeit zur Herstellung flexibler und dünner Platten.
2. Hohe Effizienz bei diffusem Licht.
3. Installation von Batterien auf beliebigen architektonischen Formen.
4. Stabiler Betrieb bei hohen Temperaturen.
5. Einfachheit und Zuverlässigkeit des Designs. Solche Platten brechen praktisch nicht.
6. Geringerer Leistungsabfall bei staubiger Oberfläche als bei kristallinen Analoga

Die Lebensdauer solcher Photovoltaikzellen beträgt ab der zweiten Generation 20–25 Jahre bei einem Leistungsabfall von 15–20 %. Zu den einzigen Nachteilen von Paneelen aus amorphem Silizium gehört die Notwendigkeit größerer Flächen zur Unterbringung von Geräten mit der erforderlichen Leistung.

Übersicht silikonfreier Geräte

Einige Solarmodule, die aus seltenen und teuren Metallen hergestellt werden, haben einen Wirkungsgrad von mehr als 30 %. Sie sind um ein Vielfaches teurer als ihre Silizium-Pendants, besetzen aber aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften immer noch eine High-Tech-Handelsnische.

Seltene Metall-Solarmodule

Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen aus seltenen Metallen, und nicht alle davon sind effizienter als monokristalline Siliziummodule. Die Fähigkeit, unter extremen Bedingungen zu arbeiten, ermöglicht es den Herstellern solcher Solarmodule jedoch, wettbewerbsfähige Produkte herzustellen und weitere Forschungen durchzuführen.

Cadmiumtelluridplatten werden aktiv zur Verkleidung von Gebäuden in äquatorialen und arabischen Ländern eingesetzt, wo sich ihre Oberfläche tagsüber auf 70-80 Grad erwärmt

Die wichtigsten Legierungen zur Herstellung von Photovoltaikzellen sind Cadmiumtellurid (CdTe), Indium-Kupfer-Gallium-Selenid (CIGS) und Kupfer-Indium-Selenid (CIS). Cadmium ist ein giftiges Metall, und Indium, Gallium und Tellur sind ziemlich selten und teuer, sodass eine Massenproduktion von Solarmodulen auf ihrer Basis sogar theoretisch unmöglich ist.

Der Wirkungsgrad solcher Panels liegt bei 25-35 %, kann in Ausnahmefällen aber auch bis zu 40 % erreichen. Wurden sie früher hauptsächlich in der Raumfahrtindustrie eingesetzt, zeichnet sich nun eine neue vielversprechende Richtung ab.

Aufgrund des stabilen Betriebs von Fotozellen aus seltenen Metallen bei Temperaturen von 130–150 °C werden sie in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Dabei werden die Sonnenstrahlen von Dutzenden oder Hunderten von Spiegeln auf ein kleines Panel konzentriert, das gleichzeitig Strom erzeugt und für die Übertragung der Wärmeenergie an einen Wasserwärmetauscher sorgt.

Durch die Erhitzung des Wassers entsteht Dampf, der die Turbine in Rotation versetzt und Strom erzeugt. Auf diese Weise wird Sonnenenergie gleichzeitig und mit höchster Effizienz in elektrische Energie umgewandelt.

Polymere und organische Analoga

Mit der Entwicklung von Photovoltaikmodulen auf Basis organischer und polymerer Verbindungen wurde erst im letzten Jahrzehnt begonnen, doch die Forscher haben bereits erhebliche Fortschritte gemacht. Den größten Fortschritt verzeichnet das europäische Unternehmen Heliatek, das bereits mehrere Hochhäuser mit organischen Solarmodulen ausgestattet hat. Die Dicke seiner Rollfilmstruktur vom Typ HeliaFilm beträgt nur 1 mm.

Bei der Herstellung von Polymerplatten werden Stoffe wie Kohlenstofffullerene, Kupferphthalocyanin, Polyphenylen und andere verwendet. Der Wirkungsgrad solcher Photovoltaikzellen erreicht bereits 14-15 %, und die Produktionskosten sind um ein Vielfaches geringer als bei kristallinen Solarmodulen.

Das Problem der Abbauzeit der organischen Arbeitsschicht ist akut. Bisher ist es nicht möglich, den Wirkungsgrad nach mehrjährigem Betrieb zuverlässig zu bestätigen.

Die Vorteile organischer Solarmodule sind:

• Möglichkeit einer umweltgerechten Entsorgung;
• niedrige Produktionskosten;
• flexibles Design.

Zu den Nachteilen solcher Photovoltaikzellen zählen der relativ geringe Wirkungsgrad und das Fehlen verlässlicher Informationen über die Zeiträume des stabilen Betriebs der Module. Es ist möglich, dass in 5-10 Jahren alle Nachteile organischer Solarzellen verschwinden und sie zu ernsthaften Konkurrenten für Siliziumwafer werden.

Welches Solarpanel soll ich wählen?

Die Auswahl von Sonnenkollektoren für Landhäuser in einem Breitengrad von 45-60° ist nicht schwierig. Hier gibt es nur zwei Optionen, die eine Überlegung wert sind: polykristalline und monokristalline Siliziumpaneele. Bei Platzmangel ist es besser, effizienteren Modellen mit einseitiger Kristallausrichtung den Vorzug zu geben, bei unbegrenzter Fläche empfiehlt sich die Anschaffung polykristalliner Batterien.

Sie sollten sich nicht auf die Prognosen von Analyseunternehmen für die Entwicklung des Solarpanel-Marktes verlassen, da die besten Beispiele dafür möglicherweise noch nicht erfunden sind

Wählen Sie einen bestimmten Hersteller, die erforderliche Leistung und optionale Ausrüstung Besser ist die Beteiligung von Managern von Unternehmen, die am Verkauf und der Installation solcher Geräte beteiligt sind. Sie sollten wissen, dass sich Qualität und Preis der Photovoltaikmodule der größten Hersteller kaum unterscheiden.

Es ist zu berücksichtigen, dass bei der Bestellung einer schlüsselfertigen Ausrüstung die Kosten für die Solarmodule selbst nur 30-40 % des Gesamtbetrags betragen. Die Amortisationszeit für solche Projekte beträgt 5–10 Jahre und hängt von der Höhe des Energieverbrauchs und der Möglichkeit ab, überschüssigen Strom an das Stadtnetz zu verkaufen.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die präsentierten Videos zeigen den Betrieb verschiedener Solarmodule unter realen Bedingungen. Sie helfen Ihnen auch dabei, die Probleme bei der Auswahl der entsprechenden Ausrüstung zu verstehen.

Regeln für die Auswahl von Solarmodulen und zugehöriger Ausrüstung:

Arten von Solarmodulen:

Prüfung von monokristallinen und polykristallinen Panels:

Für die Bevölkerung und kleine Industriebetriebe gibt es derzeit keine wirkliche Alternative zu kristallinen Siliziumpaneelen. Das Tempo der Entwicklung neuer Arten von Solarmodulen lässt jedoch hoffen, dass Solarenergie in den kommenden Jahrzehnten in vielen Landhäusern und Ferienhäusern zur Hauptstromquelle wird.

Wissenschaft und Technologie stehen bei der Nutzung alternativer Energien nicht still, und die Nutzung von Solarenergie im Alltag und in der Industrie wird sich weiterentwickeln und verbessern und versuchen, traditionelle Energiequellen zu verdrängen. Leider ist die weltweite Dominanz der Solarenergie noch in weiter Ferne und der Grund dafür ist der geringe Wirkungsgrad von Solarmodulen.

Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen

Die Effizienz von Solarmodulen wird durch objektive und subjektive Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel:

• Materialien, die in der Produktion verwendet werden,
• Technologien,
• Einsatzort (Breitengrad),
• Einfallswinkel des Sonnenlichts,
• Staub und Beschädigungen.

Darüber hinaus sind alle diese Faktoren in ihrem Einfluss auf die Effizienz von Solarmodulen miteinander verbunden und voneinander abhängig. Der erste Faktor, der die Effizienz bestimmt, sind jedoch die Herstellungskosten eines Solarbatterieelements.

Führend in der Solarenergieeffizienz

Schauen wir uns die führenden Hersteller der effizientesten Solarpanel-Komponenten an und sortieren sie nach ihrer Effizienz:

• 44,7 % Wirkungsgrad vom ersten außeruniversitären Forschungsinstitut Deutschlands. Das Ergebnis wurde für Triple-Junction-Konzentratoren aus Schichten komplexer Halbleiterzusammensetzung (Ga 0,35 V 0,65 P / Ga 0,83 V 0,17 As / Ge) erhalten. Solche Solarzellen sind komplex und werden nicht für Wohn- oder Gewerbezwecke verwendet, da sie sehr teuer sind. Sie werden von Herstellern wie der NASA in Raumfahrtanwendungen eingesetzt, wo der Platz begrenzt ist.
• Mit einem einschichtigen Halbleiterübergangsmodul (InGaP/GaAs/InGaAs) wird ein Wirkungsgrad von 37,9 % erreicht. In diesem Fall wurde das Ergebnis ausschließlich für 90° senkrecht zur Sonne ermittelt. Auch diese Solarzellen sind komplex und zeitaufwändig in der Herstellung, aber sie industrielle Produktion scheint vielversprechender.
• 32,6 % wurden von spanischen Forschern des Instituts (IES) und der Universität (UPM) erreicht. Sie verwendeten Multimodule von Dual-Junction-Halbleiter-Hubs. Auch hier sind diese Elemente noch lange nicht für kommerzielle oder private Anwendungen weit verbreitet.

Ausgleich der Effizienz von Solarmodulen

Es gibt etwa ein Dutzend große Hersteller, die Solarmodule mit relativ gutem Wirkungsgrad und moderaten Kosten herstellen. Höchstens führende Unternehmen, die Solarmodule herstellen moderne Technologien kann Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von nahezu 25 % industriell herstellen. Gleichzeitig ist die Massenproduktion von Modulen mit einem Solarzellenwirkungsgrad, der in der Regel 14-17 % nicht überschreitet, weit verbreitet. Der Hauptgrund Dieser Effizienzunterschied besteht darin, dass die in Laboratorien verwendeten Forschungsmethoden nicht für die kommerzielle Produktion von Photovoltaikprodukten geeignet sind und daher leichter zugängliche Technologien relativ niedrige Produktionskosten haben, was zu einer Verringerung der Effizienz bei der Nutzung führt.

Dazu zeigen wir in der Grafik die Abhängigkeit der Kosten des fertigen Moduls von den Kosten des erzeugten Stroms Technologiereihe Solarbatterien mit ihren charakteristischen Effizienzindikatoren.

Die Vergleichsgrafik zeigt deutlich die Wirtschaftlichkeit von Solarmodulen mit ersten Laboreffizienzindikatoren, die mit verschiedenen Technologien hergestellt wurden, im Verhältnis zu den optimalen Kosten der erzeugten Elektrizität von 6 Cent pro kWh (3,4 Rubel/kWh).

So amortisieren sich die am besten zugänglichen und kostengünstigsten Solarzellen aus amorphem Silizium in Form einer dünnen biegsamen Folie bereits bei relativ kleinen Größen, sind aber für einen großen Strombedarf wirtschaftlich nicht sinnvoll. Sie werden häufig zum mobilen Aufladen von Telefonen, Lampen usw. verwendet.

Polykristalline Siliziumbatterien erweisen sich bereits in Wohngebäuden und kleinen Gewächshäusern als wirksam.

Elemente experimenteller Solarkraftwerke werden auf Basis von Siliziumeinkristallen hergestellt hochgradig Reinigung (99.999). Sie verfügen über optimale Leistungsindikatoren und eine wirtschaftlich gerechtfertigte Amortisationszeit.

Die neuesten wissenschaftlichen Entwicklungen von Fotozellen mit der höchsten Effizienz werden ausschließlich in den Wissenschafts- und Industriezweigen eingesetzt, in denen der Preis nicht das Hauptauswahlkriterium ist.

Der Einsatz von Solarpaneelen findet in verschiedenen Bereichen unseres Lebens immer mehr Anwendung, aber aufgrund der Unvollkommenheit der Produktionstechnologie (und infolge des relativ geringen Wirkungsgrads) und der damit verbundenen erheblichen Kosten ist sie leider nicht weit verbreitet.