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Photovoltaik Wirkungsgrad? - So hoch ist er

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Letztes Update am 22.10.2014, 14:26
Im folgenden Aritkel soll erklärt werden, wie sich der Photovoltaik Wirkungsgrad zusammensetzt und wie er gesteigert werden kann.
Da erneuerbare Energien  immer bedeutender bei der Stromerzeugung werden. Ein neuer Trend ist dabei, dass die Stromerzeugung immer dezentraler gestaltet wird. Anstatt große Kraftwerke zu bauen, die ganze Regionen versorgen, werden die Haushalte immer mehr zu Selbstversorgern. Dies kann auf verschiedene Wege erreicht werden. Zum einen stehen Minikraftwerke zur Verfügung, die zum Beispiel aus Biomasse genügend Energie erzeugen können. Beliebter ist aber die verfügbare Sonnenstrahlung in nutzbaren Strom umzuwandeln. Dies ist mithilfe einer Photovoltaikanlage möglich. Hauptfaktor für die Profitabilität einer Anlage ist der Wirkungsgrad. Also wie viel Sonnenergie tatsächlich in nutzbaren Strom umgewandelt wird.

Wichtige Hinweise

  • Wirkungsweise 

Zunächst muss veranschaulicht werden, wie die Umwandlung der Sonnenergie in Strom eigentlich funktioniert. Photovoltaik bedeutet im Gegensatz zu Paraboloidkraftwerken, dass die Sonnenstrahlung direkt in Strom umgewandelt wird, ohne ein anderes Zwischenmedium zu nutzen. Dies beruht auf dem photoelektrischen Effekt, der bei dieser Energiegewinnung genutzt wird. Für die Energieumwandlung sind dabei die Solarzellen verantwortlich. Verbindet man viele Solarzellen, so entsteht ein Solarmodul. Viele Solarmodule können dabei wiederum zu einem Solarkollektor zusammengefasst werden. Auf dem Weg der Energieerzeugung sind allerdings viele Faktoren zu beachten, die die Leistung der Solarzellen beeinflussen und mitbetrachtet werden müssen. Dies soll im Folgenden getan werden.

  • Wirkungsgrad 

Der Wirkungsgrad gibt allgemein nur das Verhältnis aus zugeführter Energie und der am Ende nutzbaren Energie an. Bei der Umwandlung von Energie entstehen immer Verluste, diese sind zum Beispiel mit der Reibung zu erklären, bei der Umwandlung von Strömungsenergie in kinetische Energie und mit der dabei erzeugten Wärme. Ein System, welches 100% der zugeführten Energie in die gewollte nutzbare Energie umwandelt ist nicht möglich, ein sogenanntes Perpetuum Mobile existiert nicht. Eine Maximierung des Wirkungsgrades ist dennoch sinnvoll, um die Verluste so gering wie möglich zu halten. Der Photovoltaik Wirkungsgrad ist dabei abhängig, von der Art der verbauten Materialien, der Temperatur, dem Zustand der Module. Der Photovoltaik Wirkungsgrad herkömmlicher Materialien liegt bei etwa 10-20%. Unter Laborbedingungen können mit modernen Materialien sogar bis zu 40% erreicht werden. 

  • Temperatur 

Im Gegensatz zu dem gewollten Effekt, dass die Module so stark und lange wie möglich von der Sonne bestrahlt werden, kann ein Ansteigen der Temperatur zu einem Sinken des Wirkungsgrades führen. So kann eine Steigerung der Temperatur um 25° C eine Verringerung des Wirkungsgrades von etwa 10% zur Folge haben. Um solche eine Verringerung zu verhindern ist eine Kombination aus herkömmlichen Solarzellen und thermischen Sonnenkollektoren sinnvoll. Dabei wird die Wärme an einen Wärmeträger übertragen. Diese Wärme kann nun direkt genutzt werden, z.B. zum heizen der Wohnung, oder gespeichert werden. Auf diese Weise erreicht der thermische Solarkollektor etwa einen Wirkungsgrad von 60-75%. Die einzelnen Solarzellen bleiben jedoch bei einem niedrigen Wert von 10-20%. 

  • Verschmutzung 

Da die Anlage in der freien Natur betrieben wird sind natürlicherweise Verunreinigungen durch Staub, Blätter oder Tiere zu erwarten. Der Verlust der dadurch entsteht kann bis zu 30% betragen. Daher ist eine regelmäßige Reinigung sinnvoll, um den Wirkungsgrad zu maximieren. Die Reinigung sollte mit demineralisiertem Wasser vorgennommen werden. Auf diese Weise kann der Photovoltaik Wirkungsgrad auf einem hohen Niveau gehalten werden.

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