Solarplatten : Wie effizient sind Solarmodule?
Der Wirkungsgrad eines Solarpanels ist der Prozentsatz der Sonnenenergie, der in nutzbaren Strom umgewandelt wird.
Die Steigerung der Umwandlungseffizienz ist ein wichtiges Ziel der Forschung, da sie dazu beiträgt, dass Solarmodultechnologien kostengünstig mit herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähig werden. Je effizienter Ihr Solarpanel ist, desto mehr Strom wird pro auf die Zelle einfallender Sonnenenergie erzeugt, wodurch weniger Fläche benötigt wird, um Ihren Energiebedarf zu decken.
- Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen
- Frequenz
- Rekombination
- Temperatur
- Reflexion
- Sonnenschutz
- Bestimmung der Effizienz von Solarmodulen
- Berechnung der Leistung von Solarmodulen
- Standardtestbedingungen für Platten
- Die Temperatur hat einen Einfluss auf die Effizienz von Sonnenkollektoren.
- Standard- vs. Premium-Solarmodule
- Abbau, Zeit und Effizienz der Solarmodule
- Arten von Solarmodulen und Effizienz
- Monokristalline Siliziumplatten
- Polykristalline Siliziumplatten
- Gebäudeintegrierte Photovoltaikmodule
- Dünnschicht-Solarzellentechnologie
- Andere Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen
- Solarpläne
- Design von Solarenergieanlagen
- Heimwerker
- Durchschnittliche Sonneneinstrahlung
Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen
Die meisten Sonnenkollektoren haben heute eine Energieeffizienzklasse von 11 bis 15 %, das ist der Prozentsatz der Sonnenenergie, die in nutzbaren Strom umgewandelt wird.
Obwohl dies nur ein kleiner Prozentsatz zu sein scheint, werden ständig Fortschritte in der Solarenergietechnologie gemacht, und moderne Module können den Energiebedarf der meisten Wohn- und Geschäftsanforderungen mehr als decken.
Forscher arbeiten ständig daran, die Leistung der Solarstromtechnologie heute zu verbessern.
Wissenschaftler haben jetzt eine Rekordleistung von 40% erreicht, indem sie Multi-Junction-Zellen verwendet haben, die darauf abgestimmt sind, verschiedene Wellenlängen des Lichts im elektromagnetischen Spektrum zu sammeln.
Wenn Sie ein kleineres Dach und wenig Platz haben, ist ein effizienteres Solarpanel möglicherweise die beste Option für Sie.
Diese Paneele können aufgrund ihrer höheren Effizienz etwas teurer sein, aber sie werden immer noch Ihren Energiebedarf decken.
Wenn Sie jedoch mehr Platz haben, können Sie Ihren Energiebedarf möglicherweise mit weniger effizienten und kostengünstigeren Paneelen decken, wodurch Sie bei der Installation Geld sparen.
Die Berücksichtigung der Gesamtkosten der Module sowie der Kilowattleistung kann Ihnen dabei helfen, die für Ihre Installation am besten geeignete zu bestimmen.
Nicht die gesamte Sonnenenergie, die auf eine Photovoltaikzelle trifft, wird in Strom umgewandelt.
Der Großteil davon ist verloren.
Eine Vielzahl von Faktoren beim Design von Solarmodulen trägt zur Fähigkeit einer Zelle bei, das von ihr gesammelte Sonnenlicht umzuwandeln.
Erhöhte Leistungen können erreicht werden, indem man diese Faktoren berücksichtigt:
Frequenz
Licht besteht aus Photonen oder Energiepaketen mit einem breiten Wellenlängen- und Energiebereich.
Die Frequenzen des Sonnenlichts, das die Erdoberfläche erreicht, reichen von ultraviolett über sichtbar bis infrarot.
Einige Photonen werden reflektiert, wenn Licht auf die Oberfläche eines Solarpanels trifft, während andere direkt hindurchgehen.
Die Energie eines Teils der absorbierten Photonen wird in Wärme umgewandelt.
Der Rest hat genug Energie, um Elektronen von ihren Atombindungen zu trennen, was zu freien Elektronen und elektrischem Strom führt.
Rekombination
Ein "Ladungsträger", wie beispielsweise ein negativ geladenes Elektron, kann über einen Halbleiter fließen, um einen elektrischen Strom fließen zu lassen.
Ein "Loch" ist eine andere Art von Ladungsträger, der das Fehlen eines Elektrons im Material anzeigt und als positiver Ladungsträger fungiert.
Wenn ein Elektron mit einem Loch kollidiert, kann es rekombinieren und so seinen Beitrag zum elektrischen Strom aufheben.
Die direkte Rekombination, bei der lichterzeugte Elektronen und Löcher kollidieren, rekombinieren und ein Photon erzeugen, kehrt den Prozess der Stromerzeugung in einem Solarpanel um.
Es ist einer der Hauptfaktoren, die die Effizienz einschränken.
Indirekte Rekombination tritt auf, wenn Elektronen oder Löcher mit einer Verunreinigung, einem Defekt in der Kristallstruktur oder einer Grenzfläche in Kontakt kommen, die es ihnen ermöglicht, zu rekombinieren und Wärmeenergie freizusetzen.
Temperatur
Normalerweise funktionieren Sonnenkollektoren am besten bei niedrigen Temperaturen.
Temperaturerhöhungen führen zu einer Verschiebung der Halbleitereigenschaften, was zu einem leichten Anstieg des Stroms, aber zu einem viel stärkeren Spannungsabfall führt.
Erhöhte Temperaturerhöhungen können auch die Zelle und andere Modulmaterialien beschädigen, was zu einer kürzeren Betriebslebensdauer führt.
Da ein großer Teil des Sonnenlichts, das auf Zellen trifft, in Wärme umgewandelt wird, verbessert der richtige Wärmewiderstand die Leistung und Lebensdauer.
Reflexion
Die Leistung eines Solarmoduls kann verbessert werden, indem die von seiner Oberfläche reflektierte Lichtmenge reduziert wird.
Unbehandeltes Silizium reflektiert beispielsweise mehr als 30 Prozent des einfallenden Lichts.
Antireflexbeschichtungen und strukturierte Oberflächen helfen, Reflexionen zu reduzieren.
Eine hocheffiziente Zelle hat eine dunkelblaue oder schwarze Farbe.
Sonnenschutz
Sonnenkollektoren sind extrem anfällig für Sonnenschutz.
Voll- oder Teilverschattung hat einen großen Einfluss auf die Energielieferfähigkeit und kann zu verringertem Wirkungsgrad und Leistungsverlusten führen.
Zellen in einem Solarpanel werden typischerweise in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung und damit eine ausreichende Strommenge zu erzeugen.
Wenn jedoch eine Schattierung auftritt, weist diese Struktur einige Einschränkungen auf.
Wenn eine einzelne Solarzelle abgeschattet ist, wird der Strom der gesamten Serie von der Einheit bestimmt, die den geringsten Strom erzeugt.
Wenn eine Zelle schattiert ist, wird die gesamte Reihe effektiv schattiert.
Bypass-Dioden werden häufig in Installationen verwendet, um Leistungsverluste zu vermeiden.
Solarzellen sind mit Bypass-Dioden parallel geschaltet.
Wenn eine Solarzelle abgeschattet ist, stellt die Bypass-Diode einen Strompfad bereit, der es der integrierten Solarzellenfolge ermöglicht, Strom bei einer niedrigeren Spannung zu erzeugen.
Bestimmung der Effizienz von Solarmodulen
Forscher messen den Wirkungsgrad einer Solarzelle, um vorherzusagen, wie viel Energie die Zelle erzeugen wird.
Das Produkt aus Strom und Spannung ist Strom.
Die elektrischen Eigenschaften von Solarmodulen werden anhand von Strom-Spannungs-Beziehungen gemessen.
Wenn ein bestimmter "Last" -Widerstand zwischen die beiden Anschlüsse einer Zelle oder eines Moduls geschaltet wird, passen sich Strom und Spannung an (der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten ist direkt proportional zur Potenzialdifferenz an den beiden Punkten).
Die Effizienz wird bewertet, indem die Zelle einer konstanten, basischen Lichtmenge ausgesetzt wird, während die Zelltemperatur konstant gehalten wird, und der Strom und die Spannung quantifiziert werden, die für verschiedene Lastwiderstände erzeugt werden.
Berechnung der Leistung von Solarmodulen
Wenn es um Solarstrom für Ihr Zuhause geht, möchten Sie den größtmöglichen Return on Investment erzielen.
Welche Sonnenkollektoren erzeugen jedoch die meiste Energie?
Die Antwort wird durch eine Vielzahl von Faktoren bestimmt, darunter die Größe des Panels, die Effizienz, mit der das Panel Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt, die Menge des Sonnenlichts, die das Panel empfängt, die Ausrichtung des Panels relativ zur Sonne und eine Vielzahl von andere Variablen.
Standardtestbedingungen für Platten
Das Standardmaß für die Stromerzeugung von Solarmodulen wird durch das Testen der Module unter normalen Bedingungen bestimmt, die als Standardtestbedingungen (STC) bezeichnet werden.
Der STC berechnet die Stromerzeugung eines Solarmoduls basierend auf allgemeinen Bedingungen wie Lichteinwirkung, Ausrichtung und Paneltemperatur.
Ein 250-Watt-Panel erzeugt laut STC 250 Watt Strom, wenn das Sonnenlicht auf dem Panel 1000 Watt pro Quadratmeter beträgt und bei 25 °C betrieben wird.
Gemäß STC müssen Solarunternehmen Solarzellen herstellen, die ihre vermarktete Leistung erreichen oder übertreffen.
Ein weiterer Faktor, der beeinflusst, wie viel Energie ein Solarmodul produziert, ist seine Effizienz.
Zum Beispiel wandelt ein Panel mit einem Wirkungsgrad von 20 % 20 % des gesamten auftreffenden Lichts in Strom um.
Mehr Sonnenlicht wird durch ein Panel mit einer höheren Leistung in Energie umgewandelt.
Die meisten Solarmodule haben Wirkungsgrade von 15 bis 18 %.
Da sich die realen Bedingungen jedoch vom STC unterscheiden, erzeugt ein Standardpanel selten seine vermarktete optimale Leistung.
Zum Beispiel beträgt die Temperatur Ihres Solarpanels selten konstant 25°C.
Die meisten Sonnenkollektoren sind 20 °C heißer als die Umgebungsluft.
Mit anderen Worten, wenn die Außentemperatur 20 °C beträgt, liegt die Temperatur Ihres Solarmoduls wahrscheinlich bei etwa 40 °C.
Die Temperatur hat einen Einfluss auf die Effizienz von Sonnenkollektoren.
Die nominale Zellenbetriebstemperatur (NOCT) und der Temperaturkoeffizient des maximalen Leistungstemperaturkoeffizienten (Pmax) sind zwei wichtige Kennzahlen, die Sie bei der Bestimmung der Energiemenge Ihres Solarmoduls berücksichtigen sollten.
Die NOCT ist die Temperatur, die das Panel erreicht, wenn es 800 W/m2 Sonnenaktivität (das Energieäquivalent der gemäßigten Sonne) bei einer Temperatur von 20°C ausgesetzt wird.
Der Temperaturkoeffizient von Pmax ist der prozentuale Energieverlust eines Solarmoduls für jedes Grad Celsius über der STC-Temperatur von 25°C.
Um das Leistungsniveau (im Gegensatz zum idealen Wirkungsgrad) Ihrer Solarmodule zu bewerten, ziehen Sie die Temperatur Ihres Solarmoduls von der STC-Temperatur von 25°C ab und multiplizieren diese Zahl dann mit dem Temperaturkoeffizienten von Pmax.
Diese Schätzung führt zu einem negativen Prozentsatz, den Sie dann von Ihrer anfänglichen Leistungsbewertung abziehen können.
Abbau, Zeit und Effizienz der Solarmodule
Es gab zahlreiche Fortschritte, die dazu beigetragen haben, Solarmodule effizienter zu machen.
Diese Fortschritte haben sich exponentiell so entwickelt, dass saubere Solarenergie heute für eine viel größere Anzahl von Menschen eine praktikable Option ist als früher.
Da jeder Hersteller von Solarmodulen seine Panels etwas anders herstellt, hat jedes Panel eine unterschiedliche Degradationsrate.
Untersuchungen zufolge sinkt die Leistung von Solarmodulen um etwa 0,8 %.
Mit anderen Worten, Ihr Solarpanel erzeugt nach einem Jahr 99,2 % der elektrischen Leistung, die es im Neuzustand verbrauchte; nach zehn Jahren wird er 92 % des Stroms erzeugen, den er im Neuzustand hatte; usw.
Hochentwickelte Sonnenkollektoren werden höchstwahrscheinlich viel langsamer abgebaut.
Einige geben sogar Abbauraten von nur 0,3% an.
Auch die Umgebung, in der Sie Ihr Solarmodul aufstellen, hat einen Einfluss auf die Energieabgabe.
Je mehr Sonnenlicht Ihre Panels sammeln, desto mehr Strom können sie erzeugen.
Wenn Ihre Sonnenkollektoren in einem von hohen Bäumen oder anderen Strukturen schattigen Bereich aufgestellt werden, erzeugen sie nicht so viel Strom, wie sie könnten.
Untersuchungen zufolge können 20 bis 30 % Beschattung zu einer Reduzierung der Stromproduktion um 30 bis 40 % führen.
Auch wenn Ihre Solarmodule schmutzig, staubig oder mit Schnee, Blättern oder anderem Schmutz bedeckt sind, erzeugen sie nicht so viel Strom wie wenn sie sauber sind.
Der Wechselrichter ist eine weitere wesentliche Komponente des Solarpanels, die die Stromproduktion beeinflusst.
Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um (den Typ, den Sie zu Hause verwenden).
Der Wirkungsgrad Ihres Wechselrichters bestimmt die Menge an Gleichstrom, die in Wechselstrom umgewandelt wird.
Der effizienteste Typ sind transformatorlose Wechselrichter.
Neue Mikro-Wechselrichter und Leistungsoptimierer, die mit zahlreichen Solarmodulen anstelle des gesamten Arrays verbunden werden, tragen jedoch dazu bei, die Leistung pro Panel zu erhöhen, was sie zu einer besseren Option für größere Multi-Panel-Arrays macht.
Die Stromerzeugung wird auch davon beeinflusst, wie gut die Panels innerhalb eines Systems ausgerichtet sind.
Wenn mehrere Spannungsfelder miteinander verbunden sind, verwendet das gesamte Array das Feld mit der niedrigsten Spannung, was die Effizienz des Systems verringert.
Es gibt zahlreiche Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie bestimmen, wie viel Energie Sie aus Ihren Solarmodulen erzeugen.
Der beste Weg, um erfolgreich zu sein, besteht darin, bei einem zertifizierten Unternehmen zu kaufen, das für die Herstellung hocheffizienter Paneele bekannt ist, und Ihre Paneele so zu positionieren, dass sie das meiste Sonnenlicht erhalten.
Arten von Solarmodulen und Effizienz
Es gibt verschiedene Elemente, die die Effizienz von Solarmodulen ausmachen, die wir im Folgenden für Sie detailliert beschrieben haben.
Monokristalline Siliziumplatten
Monokristalline oder einzelne Siliziummodule sind wohl die effektivste Art von Photovoltaik-Solarmodulen, die heute erhältlich sind.
Diese quadratischen Paneele eignen sich für Solaranlagen, die auf dem Dach montiert werden.
Sie sind aufgrund des höheren Siliziumgehalts, der im Design verwendet wird, teurer als andere Arten von Platten.
Da mehr Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird, benötigen die meisten Dachkonfigurationen weniger Module, um den gleichen Energiebedarf zu decken.
Polykristalline Siliziumplatten
Da polykristalline oder mehrschichtige Siliziumplatten weniger Silizium verbrauchen, sind sie oft kostengünstiger als ihre effizienteren Gegenstücke.
Sie sind so konstruiert, dass der Wirkungsgradverlust verringert wird, sodass sie auf auf dem Dach montierten Systemen verwendet werden können.
Da sie kostengünstiger sind, eignen sie sich für größere Projekte und Installationen.
Polykristalline Siliziumplatten sind auch hitzebeständiger.
Gebäudeintegrierte Photovoltaikmodule
Das Erscheinungsbild eines Gebäudes ist entscheidend.
Besitzer historischer Gebäude oder solche mit unverwechselbarem ästhetischem Design können beispielsweise zögern, die Besonderheit eines Gebäudes durch die Installation einer Solarstromanlage zu verfälschen.
Gebäudeintegrierte Photovoltaik steht zur Verfügung, um den ästhetischen Veränderungen durch Sonnenkollektoren entgegenzuwirken.
Obwohl sie das Aussehen einer herkömmlichen Dacheindeckung beibehalten können, sind diese Platten teurer und weniger effizient als Alternativen.
Dünnschicht-Solarzellentechnologie
Dünnschichtzellen sind eine neuere Solartechnologie, die aus einer oder mehreren Schichten dünner PV-Zellenfolien besteht, die mit bestehenden Materialien wie Metalldächern oder Glasfenstern verbunden sind.
Da diese Photovoltaikfolien so dünn sind, sind sie leichter und flexibler als andere Solarmodule.
Obwohl die Dünnschichttechnologie unglaublich vielseitig ist, hat sie auch ihre Nachteile.
Dünnschichtsysteme sind weniger effizient und bauen sich schneller ab als herkömmliche Solarsysteme, aber sie versuchen, sich mit dem technologischen Fortschritt zu verbessern.
Andere Faktoren, die die Effizienz von Solarmodulen beeinflussen
Diese Faktoren haben keinen Einfluss auf die Effizienz der Module selbst, sondern darauf, wie gut Ihre Solarstromanlage Strom produziert, den Sie in Ihrem Zuhause verwenden können.
Solarpläne
Ihr Solarplan hilft Ihnen maßgeblich dabei, die Effizienz zu bestimmen.
Ihr Solarplan hilft zu beurteilen, wie kosteneffektiv Ihre Solarmodule sind, anstatt ihre Leistung zu erhöhen oder zu senken.
Sie werden das beste Angebot für Sie und Ihre besonderen Umstände finden wollen.
Design von Solarenergieanlagen
Design ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Effizienz von Solarmodulen.
Wenn Ihre Sonnenkollektoren nicht richtig installiert sind, erzeugen sie möglicherweise nicht genügend Energie, um Ihre Anforderungen zu erfüllen.
Heimwerker
Ihr Haus energieeffizienter zu machen ist ein weiteres Mittel, das Ihnen hilft, Ihre Sonnenkollektoren mit der benötigten Energie zu versorgen.
Wenn Sie beispielsweise einen elektrischen Warmwasserbereiter haben, wird eine beträchtliche Menge Strom verwendet, um unser Wasser zu erhitzen.
Der Umstieg auf einen elektrischen Warmwasserbereiter auf Wärmepumpenbasis kann in einigen Fällen Strom sparen.
Strom wird auch von Geräten wie Geschirrspülern, Waschmaschinen, Wäschetrocknern und Klimaanlagen verbraucht.
Alle diese Geräte sollten regelmäßig aktualisiert werden.
Das bedeutet nicht, dass Sie sie jedes Jahr ersetzen müssen, aber wenn Sie es sich leisten können, tun Sie dies.
Neben der Aufrüstung Ihrer Geräte können Sie zahlreiche weitere Verbesserungen rund um das Haus vornehmen, um das Beste aus Ihren Sonnenkollektoren herauszuholen.
Finden Sie Möglichkeiten, Ihr Zuhause energieeffizienter zu machen, damit der Strom aus Ihren Sonnenkollektoren effizienter arbeitet.
Durchschnittliche Sonneneinstrahlung
Einige Häuser erhalten deutlich mehr Sonneneinstrahlung als andere.
Dies könnte an einem großen Baum im Garten liegen.
Es könnte daran liegen, dass das Haus neben einem höheren Gebäude steht, das die Sonne blockiert.
Es kann nur ein Wetterproblem sein.
Manche Orte bekommen einfach nicht viel Sonne.
Es kann sogar die Ausrichtung Ihres Hauses oder die Form Ihres Daches sein.
Aus welchem Grund auch immer, eine Verschiebung der Sonneneinstrahlung führt zu einer Verschiebung der Solarpanel-Leistung.
Selbst im gleichen Gebiet können diese Veränderungen von Haus zu Haus stark variieren.