Die effizientesten Photovoltaikmodule 2023

Der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen bestimmt, wie viel der Energie in Form von Sonnenlicht in Strom umgewandelt werden kann.

Ein höherer Wirkungsgrad der in einer Photovoltaikanlage verwendeten Solarmodule führt zu einem höheren jährlichen Stromertrag. Ein Beispiel: Ein Solarmodul mit einem Wirkungsgrad von 20% und einer Fläche von 1^m2 erzeugt unter Standardtestbedingungen – Sonneneinstrahlung von 1000 ^W/m2 während 2,74 Stunden pro Tag – 200 kWh/Jahr.

Normalerweise sind Photovoltaikmodule tagsüber längere Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt, aber die Sonneneinstrahlung ist geringer als 1000 ^W/m2. Ein Solarmodul produziert mehr Energie an einem wolkenlosen Tag, wenn die Sonne hoch am Himmel steht (Sommer), und weniger bei bewölktem Himmel oder wenn die Sonne tief am Himmel steht (Winter) [1].

Höchster Wirkungsgrad von Solarzellen – das Rennen ist eröffnet

Im Internet erscheinen oft Artikel mit den auffälligen Überschriften „Wissenschaftler haben einen Weltrekord aufgestellt“, „Neuer Rekord für die Effizienz von Solarzellen“ usw. Aber was bedeuten sie für uns in der Praxis? Abbildung 1 zeigt die rekordverdächtigen Effizienzwerte von Photovoltaikzellen.

Die Zellen wurden in Kategorien eingeteilt, die sowohl die Materialien, aus denen sie hergestellt sind, als auch die Technologien berücksichtigen. Wie Sie sehen können, gab es im Laufe der Jahre einen ständigen Wettbewerb sowohl von Forschern als auch von großen Fotovoltaikunternehmen. Welche Kategorien sind für uns am wichtigsten? Wie hoch ist der maximale Wirkungsgrad der uns zur Verfügung stehenden Photovoltaikmodule?

Rekordwirkungsgrad von 47,6 % nur unter Laborbedingungen

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben einen neuen Wirkungsgradrekord für Solarzellen von 47,6 % aufgestellt. Dieses hohe Ergebnis wurde mit einem Wert erreicht, der 665 Sonnen entspricht, und zwar dank Verbesserungen bei der vierschichtigen Antireflexionsbeschichtung.

Herkömmliche Solarzellen aus Silizium können Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1.200 Nanometern absorbieren. Die rekordverdächtige Solarzelle des Fraunhofer ISE (aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Gallium-Arsenid (AlGaAs), die an eine untere Tandem-Solarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) angeschlossen ist) konnte diesen Bereich jedoch auf 1.780 Nanometer erweitern.

„Mit unserer Forschung wollen wir die Photovoltaik noch effizienter und wettbewerbsfähiger machen, denn wir glauben, dass sie von allen erneuerbaren Energiequellen die nachhaltigste Form der Stromerzeugung ist“,“ – fügte Dr. Frank Dimroth – Leiter der für das Projekt verantwortlichen Abteilung – hinzu [3].

Solarzelle mit Rekordwirkungsgrad von 39,5 % unter „1-Sonne“-Bedingungen

Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums haben eine Solarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 39,5 % bei globaler 1-Sonnen-Beleuchtung entwickelt. Dies ist der höchste Wirkungsgrad einer Solarzelle jeglicher Art, gemessen unter Standardbedingungen bei 1 Sonne.

die neue Zelle ist effizienter und hat ein einfacheres Design, das für viele neue Anwendungen nützlich sein könnte, wie z.B. für Anwendungen im Weltraum mit eingeschränktem Platzangebot oder geringer Strahlung“,“ – sagte Myles Steiner, leitender Wissenschaftler in der Gruppe für hocheffiziente kristalline Photovoltaik (PV) des NREL und leitender Forscher des Projekts.

Einzelheiten über die Entwicklung des Projekts sind in dem Artikel ‚Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices‘ (Dreifachsolarzellen mit 39,5% terrestrischem und 34,2% Weltraumwirkungsgrad durch dicke Quantentopf-Supergitter) beschrieben, der in der Mai-Ausgabe der Zeitschrift Joule erschienen ist [4].

 

NREL-Wissenschaftler hatten bereits im Jahr 2020 einen Rekord aufgestellt, indem sie eine Solarzelle mit sechs Übergängen und einem Wirkungsgrad von 39,2 % aus III-V-Materialien herstellten.

Die effizientesten Photovoltaikmodule auf dem Markt

Mit einem sehr hohen Wirkungsgrad rühmt sich das Modell Longi LR7-72HTH-590M der Hi-MO 6 Serie mit 590 W. Das Panel ist mit p-Typ und Hybrid Passivated Back Contact (HPBC) Technologie gebaut. Dieses Modell hat einen Wirkungsgrad von 22,8%. [5]

Im Jahr 2023 kündigte JinkoSolar an, das erste Modul auf den Markt zu bringen, das die Effizienzgrenze von 23% überschreitet. Das Modell Tiger Neo wird in der besten Variante voraussichtlich einen Wirkungsgrad von 23,23% erreichen . Das betreffende Modell ist mit TOPCon n-Typ-Zellen gebaut und erreicht eine Leistung von 615W.

Unter den vielen Photovoltaikmodulen, die auf dem Markt erhältlich sind, verdienen die Module des deutschen Unternehmens Bauer Solartechnik, Modell BS-540-144M10HBB-GG, mit einer Leistung von 540W, besondere Aufmerksamkeit. Die Module bestehen aus 144 Halbzellen aus n-Typ-Silizium, die in der Half-Cut-Technologie hergestellt werden. Dieses Design sorgt für eine hohe Effizienz auch bei ungünstigen Wetterbedingungen. Der Wirkungsgrad des Moduls liegt bei 20,9 Prozent, aber das Modul ist mit bifazialer Technologie gebaut, die eine zusätzliche Stromproduktion von der Unterseite des Moduls ermöglicht. Das Modul hat die Feuerbeständigkeitstests erfolgreich bestanden und verfügt über zahlreiche Zertifizierungen wie IEC 61215, IEC 61730. Die Einzigartigkeit der Bauer-Module wird durch eine beispiellose 30-jährige Produktgarantie und eine 30-jährige Leitungsgarantie unterstrichen.

Quellen:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency

[2] https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html

[3] https://www.ise.fraunhofer.de/en/press-media/press-releases/2022/fraunhofer-ise-develops-the-worlds-most-efficient-solar-cell-with-47-comma-6-percent-efficiency.html

[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S254243512200191X?via=ihub

[5] https://www.gramwzielone.pl/energia-sloneczna/109791/pierwszy-panel-fotowoltaiczny-o-sprawnosci-powyzej-23-procent