Solarpanel-Effizienz: Was, wie man findet, Diagramm, wie man erhöht, erschöpfende Fakten

Wir kennen uns mit Solarenergie aus. Die Sonnenenergie der Sonne kann auf der Erde in nutzbare Arbeit oder Energie umgewandelt werden. Eines der Geräte, mit denen Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, ist das Solarpanel.

Das Solarpanel des Geräts kann Sonnenenergie speichern und umwandeln. Die Menge an Sonnenlicht, die in Strom umgewandelt werden kann, wird durch den Wirkungsgrad von Solarmodulen beschrieben. Ein Prozentsatz gibt immer den Wirkungsgrad des Solarmoduls an. In diesem Beitrag geht es darum, umfassende Details zur Effizienz von Solarmodulen zu geben.

Was ist die Effizienz von Solarmodulen?

Der Wirkungsgrad des Solarpanels beschreibt die von der Sonne eingespeiste Sonnenenergie und die in elektrische Energie umgewandelte Sonnenenergie ausgeben.

Der Wirkungsgrad des Solarmoduls ist das Maß, das das Verhältnis der Menge an Sonnenlicht, die auf die Oberfläche des Moduls trifft, zu der Menge an Sonnenlicht angibt, die in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird. Ein Solarpanel besteht aus einzelnen Solarzellen, die aus Schichten aus Silizium, Bor und Phosphor aufgebaut sind. Die Borschicht wirkt als positiver Anschluss, der positive Ladungen abgibt, und der Phosphoranschluss wirkt als negativer Anschluss, der aus negativen Ladungen besteht. Dagegen wirkt die Siliziumschicht als Halbleiter.

Grundsätzlich gibt es vier Arten von Solarmodulen. Die Solarpanel-Effizienz variiert für verschiedene Arten von Panels. Das Panel, das die höchste elektrische Energie liefert, ist effizienter. Die vier Arten von Sonnenkollektoren sind

Basierend auf ihren Komponenten und ihrer Fähigkeit, das Sonnenlicht und die Umwandlungsrate zu halten, ergeben alle vier Arten unterschiedliche Wirkungsgrade. Die Effizienz aller vier Arten ist unten angegeben.

Monokristalline Solarmodule

Die monokristallinen Solarmodule bestehen nur aus reinen Siliziumhalbleitern, daher werden sie auch als „Einkristall-Solarmodule." Das gesamte Silizium wird in viele Wafer geschnitten, um sie so anzuordnen, dass sie eine Platte bilden. Da bei dieser Art von Panel nur Silizium verwendet wird; und daher ist seine Effizienz im Vergleich zu den anderen drei höher. Der Wirkungsgrad des monokristallinen Solarmoduls liegt bei etwa 20 %. Obwohl die Effizienz dieses Panels höher ist, ist es nicht erschwinglich, da bei der Herstellung mehr Silizium verschwendet wird.

Polykristalline Sonnenkollektoren

Die polykristallinen Solarmodule werden hergestellt, indem das reine Silizium geschmolzen und in eine quadratische Form gegossen wird. Diese Art von Solarpanel ist günstiger, da weniger Material verschwendet wird. Der Wirkungsgrad des polykristallinen Panels ist deutlich geringer, da die Reinheit des Siliziums beim Schmelzen verloren geht. Der Wirkungsgrad dieser Art von Solarpanel beträgt etwa 15-17%.

Datei: Polykristallines Solarpanel sm mj2.jpg – Wikimedia Commons
Polykristallines Solarpanel
Bildnachweis: Wikimedia Commons

Passivierter Emitter und Zellenrückseiten (PERC)

PERC-Solarmodule sind die verbesserte Version herkömmlicher monokristalliner Module. Dies ist die neue Technologie, bei der sich die Passivierungsschicht des Panels auf der Rückseite der Zelle befindet und dann die Effizienz erhöht. Die Effizienz dieses Modultyps ist etwa 5 % höher als die von monokristallinen Modulen, dh etwa 25 % effizienter, um das Sonnenlicht einzufangen und umzuwandeln.

Dünnschichtplatten

Die Dünnschicht-Panels unterscheiden sich von den kristallinen Panels. Sie bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wie z

  • Cadmiumtellurid (CdTe) – diese Art von Dünnschicht-Solarmodul hat einen kostengünstigen Vorteil für die Installation; Cadmium ist jedoch giftig und sein Recycling kann im Vergleich zur Installation teurer sein. Seine Effizienz variiert zwischen 9-11%.
  • Amorphes Silizium (a-Si) – diese Platte besteht aus formlosem Silizium und ist auf molekularer Ebene nicht richtig strukturiert. Der Wirkungsgrad von amorphem Silizium liegt bei etwa 6-8%. Der Vorteil eines a-Si-Panels besteht darin, dass es bei niedrigsten Herstellungskosten mehr Effizienz bieten kann.
  • Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) – diese Art von Solarpanel besteht aus dünnen Schichten aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, die auf Glas abgeschieden werden. Seine Effizienz variiert zwischen 13 und 15 %. Die Kombination dieser Elemente ergibt den höchsten Wirkungsgrad im Vergleich zu den beiden anderen Dünnschicht-Solarmodulen.

Formel für den Wirkungsgrad von Solarmodulen

Die Effizienz eines Solarmoduls wird durch die Formel angegeben

Effizienz (%) = Pmax/A*I*100

Wo pmax ist die maximale Panelleistung, A ist die Fläche des Panels und I=1000W/m2; ist das eingestrahlte Sonnenlicht bei Standardtestbedingungen.

Wenn Sie den Wert der oben genannten Begriffe kennen, können Sie die Effizienz Ihres Solarmoduls leicht herausfinden.

Wie kann die Effizienz von Solarmodulen gesteigert werden?

Die Effizienz des Solarmoduls kann durch verschiedene Methoden erhöht werden. Werden die im Panel vorhandenen Verunreinigungen der Halbleiterkomponenten entfernt, so steigt der Wirkungsgrad des Solarpanels. Aber abgesehen von dieser Methode haben wir mehrere Methoden, um die Effizienz der Solarmodule zu erhöhen; sie sind:

  • Installation eines Solarenergiekonzentrators – Der Solarenergiekonzentrator besteht aus Spiegeln oder Linsen, die eine große Menge an Sonnenstrahlung konzentrieren, die auf den Empfänger trifft. Dieses konzentrierte Licht vom Konzentrator wird eingefangen und trifft mit optimaler Effizienz auf das Solarpanel. Der Konzentrator sorgt dafür, dass das gesamte verfügbare Sonnenlicht in den Prozess der Stromerzeugung einbezogen wird. Ein zusätzlicher Vorteil des Konzentrators ist, dass er das Sonnenlicht auch nachts effizient speichern kann.
  • Richtiger Winkel zum Anbringen des Solarpanels – die Effizienz des Solarpanels hängt von dem Winkel ab, in dem das Panel platziert wird. Wenn das Panel mit der richtigen Neigung nach Süden ausgerichtet ist, kann das Panel ein Maximum an Sonnenlicht einfangen und auch mehr Strom erzeugen. Die Platte muss schräg platziert werden, da dies dazu beiträgt, die Platte sauber zu halten und zu verhindern, dass sich Staubpartikel darauf befinden.
  • Backup-Batterien – die Installation von Backup-Batterien hilft, die Sonnenenergie zu speichern und kann auch nachts genutzt werden. Die vom Panel eingefangene Sonnenenergie wird nicht verschwendet, wenn die Backup-Batterien bereitgestellt werden und die ausschließliche Nutzung des Sonnenlichts verbessern; somit wird die Effizienz erhöht.
  • Offset-Temperatur – die Sonnenkollektoren werden stark von der Überschreitungstemperatur beeinflusst, und ihre Effizienz kann abnehmen, wenn die Thermometertemperatur steigt. Daher ist es besser, Ihr Solarpanel mit einem Abstand von 6 Zoll zwischen Dach und Panel zu installieren. Damit der Wind die Wärme abtransportiert und die Effizienz durch die Erzeugung von mehr Strom steigt.
  • Das Panel sauber halten – Ansammlung von Staub, Regentropfen und Schmutz kann die Effizienz des Panels verringern, daher ist es notwendig, das Panel sauber zu halten.
  • Reduzieren der Geräteanzahl – die Verwendung von zu vielen Geräten gleichzeitig von Solarstromgeneratoren kann die Moduleffizienz zerstören. Daher ist es besser, eine begrenzte Anzahl von Geräten zu verwenden. Vermeiden Sie die Verwendung von Geräten, die viel Strom verbrauchen, wie Waschmaschinen und Kühlschränke, da diese Probleme mit Unterspannung verursachen können. Wenn Sie sie vermeiden, wird die Effizienz der Solarmodule verbessert und das Spannungsproblem gelöst.

Diagramm zur Effizienz des Solarmoduls

Der Wirkungsgrad des Solarmoduls kann durch Auftragen eines Diagramms dargestellt werden. Das Diagramm von IV und PV ist am bequemsten, um die Effizienz von Solarenergie darzustellen. Im IV-Diagramm des Solarmodulwirkungsgrads wird die Spannung entlang der x-Achse und der Strom entlang der y-Achse aufgetragen. Im PV-Diagramm wird die Leistung entlang der y-Achse und die Spannung entlang der x-Achse aufgetragen.

In der realen Welt hängt die Betriebseffizienz eines Solarmoduls stark von externen Faktoren wie Klima und Umgebungsbedingungen ab. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist unten die Darstellung des Wirkungsgrads des Solarmoduls angegeben.

Solarpanel Effizienz
Die grafische Darstellung der Solarpanel-Effizienz

Solarpanel-Effizienz im Laufe der Zeit

Die Effizienz eines Solarmoduls wird mit der Zeit geringer. Wenn Sie vor etwa fünf Jahren ein Solarpanel installiert haben, ist seine Effizienz jetzt nicht mehr dieselbe. Mit der Zeit nimmt die Effizienz eines Solarmoduls ab.

Die Rate, mit der Solarmodule im Laufe der Zeit ihre Effizienz verlieren, wird als Degradationsrate bezeichnet und ist eine natürliche Folge. Die Degradation des Solarpanels ist ein langsamer Prozess; Es braucht viel Zeit, um seine Effizienz um 1% zu verlieren. In einer Studie hat die nationale erneuerbare Energie Labor schätzt, dass die Effizienz eines Solarmoduls jedes Jahr um 0.5 bis 0.8 % durch die Installation verliert.

Die Verschlechterungsrate des Solarmoduls kann nicht vermieden werden, kann jedoch über einen Zeitraum von einem Jahr vernachlässigt werden, da der Verschlechterungsprozess ziemlich langsam ist. Die Effizienz des Solarpanels geht im Laufe der Zeit hauptsächlich aus zwei Gründen verloren.

  • Lichtinduzierter Abbau – dies geschieht nur, wenn die Borschicht des Panels oxidiert ist und das Panel teilweise bedeckt. Aufgrund lichtinduzierter Verschlechterung können etwa 1-3 % der Effizienz des Panels verloren gehen.
  • Potentialinduzierte Degradation – dieser Prozess tritt aufgrund des elektrischen Lecks auf der Platte aufgrund hoher Feuchtigkeit und Natriumansammlung auf der Platte auf. Es ist die seltenste Situation, die aufgetreten ist, um die Effizienz zu beeinträchtigen.

Wir können jedoch die durchschnittliche Lebensdauer der Solarmodule unter Berücksichtigung ihrer Effizienz abschätzen. Vor einigen Jahren gaben die Hersteller die durchschnittliche Lebensdauer eines Solarmoduls mit etwa zehn Jahren ab dem Tag der Installation an. Aber jetzt verbessert moderne Technologie die Effizienz des Solarmoduls weiter, und seine durchschnittliche Lebensdauer wird auf 25 Jahre geschätzt.

Durchschnittliche Solarpanel-Effizienz

Der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Solarmoduls liegt zwischen 15 und 18 %.

Monokristalline und polykristalline Solarmodule weisen den Durchschnittswert der Solarmoduleffizienz auf. Das Dünnschicht-Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Panel weist einen Wirkungsgrad von höchstens 15 % auf. Die Standardgröße von 60-Zellen-Modulen mit einer Nennleistung von 300-330 Watt kann einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18 % haben.

Maximaler Solarpanel-Wirkungsgrad

Wissenschaftler haben das Solarpanel mit maximaler Effizienz unter Verwendung der neuen Technologien und Innovationen unter Laborbedingungen erfunden.

Sie haben ein großes Solarmodul erfunden, das direktes Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln kann, und dessen Wirkungsgrad auf 44 % geschätzt wird. Dies ist der bisher höchste Solarpanel-Wirkungsgrad. Diese Solarmodule bestehen aus monokristallinen Solarzellen. Diese Solarmodule werden hergestellt, indem die mehreren Schichten der Zelle zu einer einzelnen Zelle verstärkt werden, die in der Lage ist, die gesamte Strahlung des Sonnenspektrums direkt zu absorbieren.

  • Die Wissenschaftler nutzen neue Technologie genannt „Umdruck“, die jeden der zusammenbaut Komponenten der Zelle mit hoher Präzision.
  • Das in diesem Panel verwendete Material stammt von der „Galliumantimonid (GaSb)-Substrat“, das hauptsächlich bei der Herstellung von IR-Lasern und Fotodetektoren verwendet wird. Es hat die Fähigkeit, jeden Teil der direkten Sonnenstrahlung zu absorbieren.

Aber es ist schwierig, solche Solarmodule mit maximaler Effizienz zu erreichen und anzupassen, weil es höchst unerschwinglich ist. Die Herstellungskosten sind ebenfalls hoch und riskant.

Höchste Solarpanel-Effizienz

Der höchste Solarpanel-Wirkungsgrad liegt bei etwa 25 %; Ein Solarpanel namens PERC ist in der Lage, den höchsteffizienten Solarpanel-Ausgangsstrom zu erzeugen.

Das effizienteste auf dem Markt erhältliche Solarmodul hat einen Wirkungsgrad von 22.8 %. X22 ist das monokristalline Solarmodul mit dem höchsten Wirkungsgrad. Ein polykristallines Solarpanel kann den höchsten Wirkungsgrad von 17 % haben. Das monokristalline Solarpanel hat also den höchsten Wirkungsgrad.

Wie berechnet man den Wirkungsgrad von Solarmodulen?

Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls kann leicht berechnet werden, wenn Sie die Ausgangsleistung des Solarmoduls, die Fläche des Moduls und die Sonneneinstrahlung auf das Modul kennen. Durch Ersetzen des Werts dieser bereitgestellten Daten kann der Wirkungsgrad des Solarmoduls mithilfe der Formel berechnet werden;

Effizienz (%) = Pmax/A*I*100

Lassen Sie uns zum besseren Verständnis ein Problem für Sie lösen. Ein Solarmodul hat eine maximale Ausgangsleistung von 310 Watt und eine Fläche von 2.2 m2. Die Einstrahlung des Solarlichts wird entsprechend der Standardtestbedingung (STC) gewählt. Berechnen Sie die Effizienz des Solarmoduls.

Aus der obigen Frage erhalten wir die maximale Ausgangsleistung Pmax= 310 Watt und die Fläche von Panel A = 2.2 m2. Gemäß Standardtestbedingungen wird das auf das Panel eingestrahlte Sonnenlicht mit 1000 Watt/m angenommen2.

Ersetzen aller Werte in der gegebenen Gleichung

Effizienz (%) = Pmax/A*I*100

Effizienz (%) = 310/2.2 * 1000 * 100

310 / 2200 * 100

Effizienz (%) = 0.1409 × 100

Effizienz (%) = 14.09 %

Der Wirkungsgrad des gegebenen Solarmoduls beträgt etwa 14 %, was etwas weniger effizient ist. Wir können auch vorhersagen, dass das Solarpanel ein Dünnschichtpanel sein könnte, basierend auf dem Wert ihrer Effizienz.

Häufig gestellte Fragen

Welche Faktoren beeinflussen die Effizienz von Solarmodulen?

Es gibt mehrere Faktoren, die die Leistung des Solarmoduls stark beeinflussen und anschließend dessen Effizienz verringern; sie sind

  • Temperatur – zeigt den umgekehrten Effekt auf die Effizienz. Wenn die Temperatur steigt, sinkt die Effizienz, und wenn die Temperatur sinkt, wird die Effizienz größer.
  • Energieumwandlung – Sonnenkollektoren zeigen unterschiedliche Reaktionen für unterschiedliche Spektren; dies kann zu änderungen in der spektralen abstrahlung führen, die sich auf die stromerzeugung auswirken.
  • Sonnenschutz – Sonnenkollektoren werden so hergestellt, dass viele einzelne Solarzellen in Reihe geschaltet und miteinander verbunden werden, um Hochspannung zu erzeugen. Wird eine einzelne Zelle abgeschattet, bedeutet dies, dass alle anderen Zellen quasi abgeschattet werden, was zu Energieverlusten führt.
  • Die Ausrichtung des Moduls, der Neigungswinkel des Moduls, der Breitengrad und das Klima haben ebenfalls großen Einfluss auf die Effizienz des Solarmoduls.

Können wir 100 % Solarpanel-Effizienz erreichen?

Im Idealfall, ja, können wir ein 100 % effizientes Solarpanel erreichen, wenn es in der Lage ist, das gesamte eingestrahlte Sonnenlicht einzufangen und umzuwandeln. Aber praktisch können wir das nicht.

Das Sonnenspektrum besteht aus Photonen mit einem breiten Energiebereich. Einige Photonen können Energien haben, die größer sind als die Bandlücke eines Halbleiters, und daher ist eine Absorption des gesamten eingestrahlten Sonnenlichts nicht möglich. Ein 100% effizientes Solarpanel ist also schwer zu erreichen.

Was sind die Vorteile von Solarmodulen?

Da das Solarmodul die Sonnenenergie enthält, die eine erneuerbare Energiequelle ist, hat es eine breite Palette von Vorteilen, die unten angegeben sind:

  • Es wandelt Sonnenenergie in elektrische Energie um, ohne dass giftige Substanzen freigesetzt werden, und ist daher umweltfreundlich.
  • Auch wenn die Anfangsinvestition ziemlich teuer ist, kostet die Wartung nicht viel, da keine anderen Brennstoffe für die Stromerzeugung benötigt werden.
  • Durch die Implementierung von Solarmodulen zur Stromversorgung von Haushaltsgeräten kann die Stromrechnung gesenkt werden.
  • Die Installation von Solarmodulen und deren korrekte Nutzung führt zu einer Reduzierung des Verbrauchs von fossilen Brennstoffen, die nicht erneuerbare Energiequellen sind.

Was ist der Hauptgrund für die Effizienz eines Solarmoduls?

Die Effizienz des Solarmoduls hängt von dem bei der Produktion verwendeten Halbleiter ab.

Angenommen, ein Panel besteht aus einem reinen Halbleiter oder ist mit einer vernachlässigbaren Menge an Verunreinigungen dotiert; dieses Panel weist mehr Effizienz auf. Eine geringere Menge an Verunreinigungen verbessert die Erzeugung von mehr Elektron-Loch-Kombinationen und nutzt somit die gesamte eingefangene Energie. Die Effizienz wird also höher sein.

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