Die Installation von Solarmodulen ist in den letzten zehn Jahren weltweit explosionsartig gewachsen.Das Beste daran ist, dass ihre Kosten in den letzten vier Jahrzehnten dramatisch um 99% gesunken sind, also gibt es keinen besseren Zeitpunkt als jetzt, um saubere Solarenergie für Ihr Zuhause oder Geschäft zu nutzen, um die Stromrechnung zu senken.

Nach Angaben der International Renewable Energy Alliance (IRENA) für 2018 sind die Vereinigten Staaten nach China und Japan der drittgrößte Solarenergienutzer der Welt. Das Vereinigte Königreich liegt auf Platz 7, gefolgt von Australien auf Platz 8.

Wenn sich das Jahrzehnt dem Ende zuneigt, sah die Prognose für die Solarenergie noch nie besser aus.Branchenexperten sagen voraus, dass die USA ihre Solaranlagen bis 2023 von zwei Millionen auf vier Millionen verdoppeln werden. Ein Großteil dieses Wachstums wird vorhersehbar im sonnigen Kalifornien stattfinden, aber auch mehrere andere Bundesstaaten führen Solarprojekte an. Beachten Sie aus der folgenden Grafik, dass drei der fünf führenden Staaten bei Solarmodulinstallationen im Jahr 2019 im nicht allzu sonnigen Nordosten der USA lagen.

Selbst Großbritannien, das weniger Sonne hatte als viele Teile der USA, hatte 2018 über eine Million Solarpanel-Installationen, ein Plus von fast 2% (bezogen auf die erzeugte Energie) gegenüber dem Vorjahr.

Australien hat 2018 die Marke von 2 Millionen Solaranlagen geknackt.

Angesichts dieses Trends zur Solarenergie, wohin Sie auch gehen, beschleunigt durch die Dringlichkeit, die Verbrennung fossiler Brennstoffe einzustellen und so schnell wie möglich zu 100% auf erneuerbare Energien umzusteigen, denken Sie vielleicht, dass es Zeit ist, an Bord zu springen.

Wenn ja, willkommen zur Revolution der Solarenergie!

Eines der Hauptanliegen, wenn Sie zunächst eine Solarpanel-Installation für Ihr Zuhause oder Geschäft in Betracht ziehen, ist die Auswahl der besten Art von Solarpanel für Sie.

In diesem Artikel werden Sie einen tiefen Einblick in die drei wichtigsten Optionen für Sonnenkollektoren heute tun. Diese sind:

• Monokristalline
• Polykristalline
• Dünne film

Die Technologien, die allen drei Arten von Solarmodulen zugrunde liegen, haben im Laufe der Zeit erhebliche Verbesserungen vorgenommen, um Ihren Energiebedarf besser zu decken.

Wir werden auch einen Überblick darüber geben, was in der Welt der Solarenergie auf dem Vormarsch ist. Dazu gehören Technologien wie:

• Bifacial solar
• Concentrated PV (photovoltaic) cell
• Solar tiles
• Transparent solar panels

All diese Innovationen in der Solarenergie sind auf dem neuesten Stand und viele, insbesondere Bifacials und CPVs, sind in einigen Regionen im Handel erhältlich und zu wettbewerbsfähigen Preisen erhältlich. Sie sind vielversprechend, um das Segment der grünen Energie im globalen Energieverbrauchsmix anzukurbeln.

So soll sich die Kapazität bifazialer Solarmodule bis 2024 auf 28.000 Megawatt (MW) verzehnfachen! Als Referenz liegt der aktuelle nationale Durchschnitt amerikanischer Haushalte, die mit nur einer MW Solarenergie betrieben werden, bei etwa 190.

In diesem Artikel betrachten wir zunächst, was alle Solarmodule, sowohl die in kommerzieller Produktion als auch die aufstrebenden, gemeinsam haben: Solarzellen, die in ein Solarmodulsystem eingebunden sind.

Was ist eine Solaranlage?

Ein Solarpanel-System ist eine miteinander verbundene Anordnung (oft als Array bezeichnet) von Photovoltaik (PV) -Solarzellen, die (1) die von der Sonne ausgehende Energie in Form von Photonen einfangen; und (2) diese Sonnenenergie direkt in Elektrizität umwandeln. Die erzeugte Strommenge, gemessen in Volt oder Watt, variiert je nach System und Art der Solarzelle.

Jedes einzelne Solarpanel (auch Modul genannt) im Array besteht aus einer Gruppe von Solarzellen, die zusammen in einem Metallrahmen verpackt sind. Es gibt typischerweise 60, 72 oder 96 Solarzellen in einem einzigen Solarpanel.

Um den erzeugten Gleichstrom (DC) in den in Ihrem Haus verwendeten Wechselstrom (AC) umzuwandeln, enthält jede Solarzellenanlage einen Wechselrichter. Der Wechselrichter kann groß und zentralisiert sein.

Alternativ haben einige Photovoltaikmodule bereits einen Wechselrichter eingebaut. Diese werden als AC-Module bezeichnet. Die Verdrahtung ist mit AC-Modulen viel einfacher.

Woraus bestehen Solarzellen?

Solarzellen bestehen heute meist aus Silizium, einem chemischen Element mit halbleitenden Eigenschaften. In den meisten Arten von Solarzellen liegt Silizium in einer Kristallform vor.Da 100% reiner Siliziumkristall keinen elektrischen Strom überträgt, ist er mit sehr geringen Mengen an „Verunreinigungen“ — normalerweise Phosphor und Bor — „dotiert“, die leicht einen elektrischen Strom innerhalb des Siliziumkristallgitters tragen.

Das mit Phosphor dotierte Silizium wird als N-Typ bezeichnet (für „negativ“, weil es einen Elektronenüberschuss aufweist).

Mit Bor dotiertes Silizium wird als P-Typ bezeichnet (für „positiv“, weil es ein Elektronendefizit aufweist).

Wenn die Solarzelle auf diese Weise mit einem N-Typ-Abschnitt neben einem P-Typ konstruiert wird, wird sie als Single-Junction bezeichnet, was bedeutet, dass sie nur einen p-n-Übergang hat.

Wenn dotiertes Silizium einen Teil der Sonnenenergie absorbiert, verdrängt es dabei einige freie Elektronen. Im elektrischen Feld eines Solarmodulsystems werden die Elektronen so geleitet, dass sie in eine Richtung fließen und einen elektrischen Strom erzeugen.

Das elektrische Feld der Solarzelle erzeugt Spannung. Das mathematische Produkt aus Strom und Spannung ist die Leistung — die Leistung, mit der Sie Ihre Haushaltsgeräte betreiben und Ihr Zuhause heizen oder kühlen.Andere Komponenten einer Solarzelle umfassen eine Antireflexbeschichtung, da der natürliche Glanz von Silizium dazu führen würde, dass Sonnenlicht davon reflektiert wird – was nicht passieren sollte, wenn Sie elektrische Energie erzeugen möchten.

Die Siliziumkristalle der Solarzellen werden in einem elektrischen Feld gruppiert und dann mit Glas bedeckt, um alle Komponenten vor Witterungseinflüssen zu schützen.

Was ist der Wirkungsgrad von Solarzellen?

Ein Maß dafür, wie gut Sonnenkollektoren Sonnenlicht absorbieren und in elektrische Energie umwandeln, nennt man Effizienz. Licht wandert in verschiedenen Wellenlängen mit unterschiedlichen Energieniveaus über die Bänder des elektromagnetischen Spektrums, und nicht alles wird von einem Solarpanel absorbiert. Gemessen in Elektronenvolt (eV) beträgt die typische Bandlückenenergie, die von einem Solarpanel absorbiert und in Strom umgewandelt werden kann, etwa 1,1 eV.

Photonen, die mit mehr Energie auf das Panel treffen (und es gibt viele davon), stellen einen Energieverlust dar.

Die Verwendung verschiedener Materialien in Solarmodulen mit einer geringen Bandlücke würde die Anzahl der absorbierten Photonen und folglich den Strom erhöhen. Aber es würde auch die Spannung des Panels reduzieren. Da Leistung gleich Strom multipliziert mit Spannung ist, gibt es bei der Entwicklung von Solarmodulen einen Kompromiss zwischen Materialauswahl und elektrischer Feldstärke.Untersuchungen zeigen, dass die optimale Bandlücke eines Materials zwischen 1 und 1,6 eV liegt.

Neben dem Material eines Solarmoduls, das zu einem gewissen Energieverlust führt, gibt es das Problem des Innenwiderstands eines Materials (genannt Serienwiderstand).

Silizium als Halbleiter leitet elektrischen Strom nicht so gut wie Metalle. Sein Serienwiderstand ist in der Tat ziemlich hoch. Dies führt zu einer weiteren Quelle hoher Energieverluste.

Um dies zu korrigieren, sind einige Paneele mit einem Metallgitter bedeckt, damit sich die Elektronen leichter im elektrischen Feld bewegen, den Stromkreis vervollständigen und elektrische Energie für Ihr Zuhause erzeugen können.

Der Nachteil dieses Überlagerungsgitters ist jedoch, dass es einen Teil der PV-Zelloberfläche daran hindert, Photonen zu absorbieren! Eine dünnere Gitterabdeckung würde diesen Verlust minimieren, aber die Dünnheit selbst würde zu einem erheblichen Widerstand beitragen und zu mehr Energieverlust führen.

Takeaway: Es gibt mehrere Gründe, warum Solarzellen nicht hocheffizient sind. Die laufende Forschung basiert auf der Suche nach Materialien, die effizienter, kostengünstiger und ästhetisch ansprechend sind.

Solar Trivia: Der bisher höchste Wirkungsgrad eines PV-Panels (entwickelt 2006) lag bei rund 41%!

Dies war eine von den USA finanzierte Anstrengung zur Macht in der Weltraumforschung. Zu dieser Zeit glaubte das Energieministerium, dass das System kommerziell skaliert werden würde und schließlich einen Solarmodulpreis von nur 3 USD / Watt erreichen würde, der Energie bei 0,8 bis 0,10 USD pro Kilowattstunde (kWh) erzeugt.

Übrigens liegt der Solarpreis pro Watt (PPW) im Jahr 2019 bei etwa 3 bis 4 US–Dollar. In einigen Bereichen kann es so niedrig wie $ 2.50 sein!Die Kosten für eine Kilowattstunde Solarenergie, die von einer Solaranlage auf dem Dach stammt, betragen etwa 0,06 bis 0,08 US-Dollar (gegenüber 0,09 bis 0,13 US–Dollar für Kohle oder Erdgas) abgeleitete Energie).

Nachricht zum Mitnehmen: Diese super niedrigen Preise für erneuerbare Solarenergie sind heute äußerst wettbewerbsfähig mit fossilen Brennstoffen.

Leider ist ein Energieeffizienzgrad von 41% für private oder gewerbliche Solaranlagen immer noch nicht üblich. Einige der in Labors geleisteten Arbeiten sehen jedoch vielversprechend aus.

Neben der Erzielung höherer Wirkungsgrade konzentrieren sich die experimentellen Arbeiten an Solarmodulen auch auf niedrigere Kosten und ein angenehmeres Erscheinungsbild.

3 Haupttypen von Sonnenkollektoren auf dem heutigen Markt

Abhängig von Ihrem Energiebedarf, Ihrem Budget, Ihren kosmetischen Vorlieben und Ihrer Raumzuteilung ist es wichtig, die Vor- und Nachteile Ihrer drei Optionen für Sonnenkollektoren für Ihr Zuhause oder Ihr Unternehmen abzuwägen.

Zwei dieser Solarmodultypen bestehen aus Single-Junction-Solarzellen. Theoretisch beträgt ihre maximale Effizienz etwa 33%. Der bisher höchste Wirkungsgrad bei Single-Junction-Zellen liegt bei etwa 22%.

Das Dünnschicht-Solarpanel kann je nach Material ein- oder mehrschichtig sein. Mehrfachsolarzellen bestehen aus verschiedenen Materialien, von denen jedes Photonen unterschiedlicher Wellenlängen am besten einfängt. Auf diese Weise kann mehr Sonnenlicht in elektrische Energie umgewandelt werden.

Monokristalline Solarmodule

Monokristalline Solarmodule bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall, der in Wafer geschnitten wurde, und enthalten Zeilen und Spalten dieser Wafer. Da der Silikonkristall (auch Barren genannt) zylindrisch ist, hat das Schneiden in Wafer abgerundete Kanten.

Polykristalline solar panels

Polykristalline (auch als multi-kristalline) solar panels haben solar zellen mit mehrere kristalline fragmente von silizium. Die Fragmente können die übrig gebliebenen Stücke aus der monokristallinen Solarproduktion sein. Sie sind unregelmäßig angeordnet. Dann werden sie zusammengeschmolzen und zu festen Blöcken geformt, bevor sie zu Wafern geschnitten werden. Jeder Wafer ist rechteckiger als seine monokristallinen Gegenstücke.

SIEHE AUCH: Monokristalline vs Polykristalline Solar Panels

Dünne-film solar panels

Genannt zweite-generation solar zellen, dünnschicht-Sonnenkollektoren können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, darunter:

• Amorphes Silizium (kein Kristallgitter)
• Galliumarsenid
• Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS)
• Cadmiumtellurid (CdTe)

Jeder Wafer einer Dünnschichtzelle ist im Vergleich zu den anderen Typen sehr dünn, wodurch er flexibel ist. Sie können durch einen Klebstoff direkt auf eine Oberfläche (wie Ihr Dach, Boot oder Wohnmobil) aufgetragen werden, oder in haltbaren Rahmen (Rack) ähnlich wie die anderen gängigen Arten von Sonnenkollektoren.SIEHE AUCH: Flexible Sonnenkollektoren: Anwendung und hilfreiche Kauftipps

Hier finden Sie eine Übersichtstabelle der drei häufigsten Solarmodultypen:

(Wenn Sie ein mobiles Gerät verwenden, wischen Sie bitte nach links und rechts, um um die Tabelle in voller Größe anzuzeigen.)

Solar Panel Type	Material	Efficiency	Cost	Appearance
Monocrystalline	Pure, single silicon crystal	High (18% or slightly higher)	Highest	Black or dark blue cells with rounded corners
Polycrystalline	Silicon fragments	Medium (15-17%)	High	Blue rectangular cells
Thin-Film	Various	Low (11%, aber kann erreichen 15%)	Niedrigsten	Schwarz oder blau uniform oberfläche

4 Solar panel innovationen

Die übergeordnete ziele der forschung und entwicklung in solar panels sind zu:

• Effizienz steigern
• Materialkosten senken
• Langlebigkeit von Solaranlagen erhöhen
• Ästhetisches Erscheinungsbild verbessern

Obwohl einige der folgenden Solartechnologien derzeit nur in bestimmten Bereichen im Handel erhältlich sind, erhalten Sie hier einen Einblick, worauf Sie sich im Zuge der Revolution der erneuerbaren Energien überall freuen können.

Kauftipp für Solarmodule: Wenn Sie Schätzungen für Ihre Solaranlage auf dem Dach oder im Garten erhalten, erkundigen Sie sich immer nach der lokalen Verfügbarkeit dieser neueren Technologien. Sie können nur Glück haben!

Bifaziale Solartechnologie

„Zweiseitige“ Solarmodule können durch Photonenkontakt mit beiden Seiten von Solarzellen elektrischen Strom erzeugen.

Wenn Sonnenlicht auf die Oberseite eines Solarmoduls trifft und einige PV-Zellen aktiviert, geht es weiter und durchläuft das Panel. Dann wird ein Teil davon von der Oberfläche unter der Platte reflektiert (wie ein Dach). Diese reflektierten Strahlen setzen die unteren Solarzellen einer weiteren Photonenaktivierung aus.

Bifacials können entweder monokristallin oder polykristallin sein.SIEHE AUCH: Bifaziale Sonnenkollektoren: Wohnnutzung und Trends

Konzentrierte PV-Technologie (CPV)

Eine der avantgardistischsten Solarmodultechnologien verwendet Linsen oder gekrümmte Spiegel, um das Sonnenlicht in einen bestimmten Punkt zu lenken und es so auf eine kleine Mehrfachsolarzelle zu konzentrieren.

Im Wesentlichen reduziert CPV den Energieverlust durch Sonnenlichtdiffusion über eine große Oberfläche. Infolgedessen wird die Effizienz erheblich verbessert, sogar mehr als das, was eine monokristalline Solarzelle liefern wird.

Im Moment ist CPV aufgrund zusätzlicher Komponenten wie Solar-Tracker und Kühlmechanismen teuer.

Solarziegel-Technologie

Im Jahr 2016 kündigte Elon Musk von Tesla das Konzept eines Solardachs an, das mit Solarziegeln (auch Solarschiefer oder Solarschindeln genannt) ausgestattet ist. Die Solarfliesen funktionieren wie herkömmliche Sonnenkollektoren. Sie können aus Dünnschichtmaterial oder monokristallinem Silizium aufgebaut sein.

Derzeit sind Solarfliesen etwas weniger effizient als herkömmliche monokristalline Solarzellen.

Dieses Solarmodulsystem hat jedoch kein Traggestell, in dem herkömmliche Solarmodule platziert sind, und wird daher als optisch ansprechender angesehen als das übliche Setup. Solarziegel werden wie herkömmliche Asphaltschindeln verlegt und überspannen die gesamte Dachfläche.

Tesla schätzt, dass ihr Solardach etwa 22 US-Dollar pro Quadratmeter kostet. ft. während andere einen Preis von $ 35 / sq berechnen. ft. Um dies heute in Zusammenhang zu bringen, um ein durchschnittlich großes Haus mit Solarschindeln abzudecken, kann es mehr als $ 45K oder mehr kosten.

Transparente Sonnenkollektoren

Transparente Sonnenkollektoren wurden von MIT-Forschern entdeckt und erfassen nur die Wellenlängen des Lichts, die unsere Augen nicht sehen können (nahes Infrarot und Ultraviolett), während sichtbares Licht durchgelassen wird.Theoretisch könnte also alles — von Mobiltelefonen über Laptops bis hin zu Fenstern — ein transparentes Solarpanel auf seiner Oberfläche haben, das Strom produziert, aber Sie würden es nie wissen!

Hier ist ein schematisches Diagramm einer transparenten Solarzelle — kostengünstig zu booten – von der MIT—Quelle in diesem Abschnitt verlinkt.

Derzeit liegen die Wirkungsgrade für transparente Solarmodule am unteren Ende, aber die Forscher sehen 11% oder mehr. wahrscheinlich in naher Zukunft. Beachten Sie jedoch, dass, wenn diese Zellen beispielsweise alle Fenster eines riesigen Wolkenkratzers abdecken, selbst ein Wirkungsgrad von 5% leicht 25% der Gesamtkosten des Strombedarfs des Gebäudes decken könnte.Ein weiterer wesentlicher Vorteil von transparenten Solarmodulen gegenüber herkömmlichen Solaranlagen besteht darin, dass sie keine großen Land- oder Wasserflächen benötigen (wie dies bei herkömmlichen Solarparks der Fall ist).

Erste kommerzielle Anwendungen (für Mobiltelefone) werden in einigen Jahren erwartet.SIEHE AUCH: Transparente Sonnenkollektoren: Reform der zukünftigen Energieversorgung

Stellen Sie sich vor, wie transformativ die weit verbreitete Verwendung von transparenten Sonnenkollektoren für Fenster (Solarfenster) in städtischen Gebieten sein wird! Das Erreichen dieses Meilensteins in der Solarenergie-Innovation wird definitiv das globale Energieverbrauchsmuster zugunsten erneuerbarer Energie aus der Sonne kippen.

Key Takeaways auf Arten von Sonnenkollektoren

Solar-Panel-Installationen haben in der Popularität und Effizienz gewachsen, während im Preis aufgrund der grünen, sauberen Energie-Revolution abnimmt. Jetzt ist der perfekte Zeitpunkt, um in eine Solaranlage zu investieren.

Die gebräuchlichsten Arten von Solarmodulen für den Heimgebrauch bestehen aus monokristallinen, polykristallinen oder Dünnschichtsolarzellen. Sie unterscheiden sich in Effizienz und Kosten. Monokristalline Platten sind die teuersten und effizientesten. Am wenigsten teuer, aber in der Regel am wenigsten effizient, sind Dünnschicht-Sonnenkollektoren.

Polykristalline Solarzellen haben in der Regel moderate Wirkungsgrade und vernünftige Kosten.