Effizienz von Solarzellen

Die Grundregel der Physik nennt sich das Gesetz der Energieeinsparung. Sie besagt, dass wir keine magische Energie erzeugen oder in der dünnen Luft verschwinden lassen können; Alles, was wir tun können, ist, sie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Das bedeutet, dass Solarzellen nicht mehr Energie produzieren können, als Licht pro Sekunde zu empfangen. Wie wir in Kürze sehen werden, wandeln die meisten Batterien etwa 10-20% der Energie, die sie erhalten, in elektrische Energie um. Eine typische einzelne Knoten-Silizium-Solarzelle hat einen theoretischen maximalen Wirkungsgrad von etwa 30% und wird Shockley-Queisser Grenze genannt. Das liegt vor allem daran, dass Sonnenlicht eine breite Mischung aus Photonen unterschiedlicher Wellenlängen und Energien enthält, und jede einzelne Knoten-Solarzelle wird optimiert, um Photonen nur in einem bestimmten Frequenzband zu erfassen und den Rest zu verschwenden. Einige Photonen, die auf eine Solarzelle treffen, haben nicht genug Energie, um die Elektronen zu zerstören, so dass sie effektiv verschwendet werden, während andere zu viel Energie haben und der Überschuss verschwendet wird. Die besten Laborbatterien können mit mehreren Anschlüssen Photonen unterschiedlicher Energien unter absolut perfekten Bedingungen erfassen und so einen Wirkungsgrad von 46% erzielen.

Solaranlagen aus der realen Welt können einen Wirkungsgrad von etwa 15% erreichen, was hier oder dort einen Prozentpunkt gibt, und das wird wahrscheinlich nicht besser werden. Die erste Generation von Einkoppel-Solarzellen würde nicht annähernd auf den Wirkungsgrad von 30 Prozent der Shockley-Queiser-Grenze, geschweige denn 46 Prozent der Laborrekorde, eingehen. Verschiedene lästige Faktoren in der realen Welt werden die nominale Effizienz beeinflussen, einschließlich des Baus von Paneelen, wie sie positioniert und abgewinkelt werden, ob sie im Schatten stehen, sie sauber halten, wie heiß sie sind (erhöhte Temperatur), tendiert dazu, zu sinken. Effizienz), und ob sie belüftet sind (lassen Sie die Luft darunter fließen), um es kühl zu halten.