Solarzellen mit höchstem Wirkungsgrad

Solarzellen mit höchstem Wirkungsgrad

Das entscheidende Kriterium für die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen ist der Wirkungsgrad. Steigt er, sinkt das Flächen-Leistungsverhältnis. Auf der gleichen Fläche kann mehr Strom produziert werden. Aus diesem Grund wird besonders fieberhaft daran gearbeitet, den Wirkungsgrad zu erhöhen, und das mit großen Erfolg. Anfang des Jahres konnte das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) mit 41,1 % die Einstellung des Weltrekords vermelden. Doch in Australien wurde diese Marke nun mit 43 % schon wieder übertroffen.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt an, wie viel der Sonneneinstrahlung tatsächlich in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Wie kann es dann aber sein, dass die auf dem Markt erhältlichen Produkte zwischen einigen wenigen Prozent und im besten Fall immer noch bei ca. 16 % liegen? Auf der einen Seite kommen in den Versuchsaufbauten Materialien und Verfahren zum Einsatz, die sich erst im Feldversuch als tauglich erweisen müssen, auf der anderen Seite ist ein Vergleich der Wirkungsgrade nicht ganz einfach.

Installierte Fläche oder Fläche der Solarzelle?

Bei den Weltrekord-Wirkungsgraden über 40 % kommen so genannte Stapel- oder Konzentratorzellen zum Einsatz. Dabei wird das Sonnenlicht mehrfach gebündelt und trifft dann auf die Solarzelle auf. Der Trick ist, dass durch die mehrfach übereinanderliegenden Zellen Licht der unterschiedlichen Spektralbereiche genutzt werden kann.

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Bild: Über eine Fresnel-Linse wird das Licht mehr als 400-mal verstärkt und fällt dann auf die nur 5,09 mm² große Solarzelle (Quelle: Fraunhofer ISE)

Vergleicht man nun die Module miteinander, so ergibt sich für das Bauteil vom Fraunhofer ISE ein Modul-Wirkungsgrad von 28 %. In einem Versuchskraftwerk in Spanien konnte ein Systemwirkungsgrad von 25 % erreicht werden. Der Systemwirkungsgrad gibt an, wie viel der eingestrahlten Sonne tatsächlich ins Netz eingespeist werden konnte.

Es führt also schnell zur Konfusion, wenn die momentan in der Literatur genannten Wirkungsgrade von maximal ca. 18 % für Versuchsaufbauten mit polykristallinem Silizium mit den 43 % Wirkungsgrad der Stapelzellen verglichen werden. Orientieren Sie sich bei praktischen Anwendungen immer an dem Modul- oder Systemwirkungsgraden.

Stapelzellen in Deutschland kein Ersatz für die bisherigen Silizium-Dünnschichtmodule

Da Stapel- oder Konzentratorzellen das Sonnenlicht über eine Linse bündeln, sollte das Licht direkt auffallen, denn Streulicht kann nicht gebündelt werden. In Deutschland besteht ein Großteil der Sonneneinstrahlung aber aus diffusem Sonnenlicht. Ein weiterer Nachteil ist die Notwendigkeit, die Solarzelle über einen Tracker an den Sonnenstand anzupassen, damit die Bündelung immer ihr Maximum erreicht. Auch aus diesem Grund eignet sich die Stapelzelle nur in geringem Maße als Ersatz für die heutigen Silizium-Dünnschicht-Module.

Wo Konzentratorzellen aber ihre Vorteile ausspielen, ist in Regionen mit hoher Direkteinstrahlung und aus wirtschaftlichen Gründen dann in Kraftwerksdimensionen

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