Alternativen zu Silizium-PV-Zellen in Solarmodulen
Zuletzt aktualisiert am 3. Februar 2023 von Lars Weidmann
Solarenergie ist eine saubere und erneuerbare Energiequelle, die zur Stromversorgung von Haushalten, Unternehmen und anderen Organisationen auf der ganzen Welt genutzt werden kann. Herkömmliche Solarmodule werden jedoch in der Regel aus Silizium-Photovoltaikzellen (PV-Zellen) hergestellt, die teuer und schwierig zu produzieren sind. Glücklicherweise gibt es Alternativen zu Silizium-PV-Zellen, die für den Bau von Solarmodulen verwendet werden können. Diese Alternativen bieten zahlreiche Vorteile, wie z. B. bessere Haltbarkeit, höhere Effizienz und Kosteneinsparungen. Durch die Verwendung dieser alternativen Materialien können Unternehmen die Vorteile der Solarenergie nutzen, ohne die hohen Kosten, die mit Silizium-PV-Zellen verbunden sind. In diesem Artikel werden wir einige der Alternativen zu Silizium-PV-Zellen in Solarmodulen untersuchen und ihre Vorteile erörtern.
Vorteile von Alternativen zu Silizium-PV-Zellen
Die Verwendung alternativer Solarzellenmaterialien hat gegenüber Silizium-PV-Zellen mehrere Vorteile. Bei der Auswahl eines Solarmoduls sollten Unternehmen die Vorteile dieser alternativen Solarzellenmaterialien gegenüber Silizium-PV-Zellen berücksichtigen, darunter die folgenden: Höherer Wirkungsgrad – Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist ein Schlüsselfaktor dafür, wie viel Strom mit dem Modul erzeugt wird. Die beste Art von Solarzellen hat einen Wirkungsgrad von über 17 %. Silizium-PV-Zellen haben einen Wirkungsgrad von etwa 13 %. Monokristalline Silizium-PV-Zellen haben einen Wirkungsgrad von 13,5 %, während polykristalline Silizium-PV-Zellen einen Wirkungsgrad von etwa 16 % haben. Alternative Solarzellenmaterialien, wie z. B. amorphes Silizium, haben einen höheren Wirkungsgrad als Silizium-PV-Zellen. Einige Solarzellen aus amorphem Silizium haben sogar einen Wirkungsgrad von über 21 % und liegen damit weit über dem von Silizium-PV-Zellen. Höhere Ausgangsleistung – Die Ausgangsleistung eines Solarmoduls wird in Watt gemessen und für die Stromversorgung elektronischer Geräte verwendet.
Die Leistungsabgabe eines Solarmoduls steht in direktem Zusammenhang mit seinem Wirkungsgrad und der Menge an Sonnenlicht, die das Modul erreicht. Ein wichtiger Aspekt der Solarenergie ist jedoch der Winkel des Sonnenlichts, wenn es das Modul erreicht. Der Wirkungsgrad des Moduls ist viel geringer, wenn der Winkel des Sonnenlichts niedrig ist. Die Leistungsabgabe einer alternativen Solarzelle ist jedoch höher, wenn der Winkel des Sonnenlichts niedrig ist. Das bedeutet, dass das Modul bei geringer Sonneneinstrahlung mehr Energie erzeugt. Längere Lebensdauer – Silizium-PV-Zellen haben eine Lebensdauer von etwa 25 Jahren.
Da Silizium-PV-Zellen seit vielen Jahren zur Herstellung von Solarmodulen verwendet werden, ist es schwierig, Module zu finden, die mit neuen PV-Zellen hergestellt werden. Daher ist es wichtig, ein Solarsystem zu wählen, dessen Module aus einem verbesserten Solarzellenmaterial hergestellt sind. Alternative Solarzellenmaterialien, wie z. B. amorphes Silizium, haben eine flexiblere Lebensdauer als Silizium-PV-Zellen. Daher können diese Solarzellen in Modulen verwendet werden, die 10 bis 20 Jahre alt sind. Geringere Kosten – Silizium-PV-Zellen sind sehr teuer, was einer der Gründe dafür ist, dass alternative Solarzellenmaterialien verwendet werden. Einige Silizium-PV-Zellen werden jedoch in neuen Solarmodulen verwendet, die einen höheren Wirkungsgrad haben als frühere Silizium-PV-Zellen. Daher dürften die Kosten für diese neuen Silizium-PV-Zellen mit der Zeit sinken.
Alternativen zu Silizium-PV-Zellen in Solarmodulen
Farbstoffsensibilisierte Solarmodule (Dye-Sensitized)
Farbstoffsensibilisierte Solarmodule sind eine Art von Solarmodulen, die eine hohe Spannung, aber eine relativ geringe Strommenge erzeugen können. Sie bestehen aus einem Elektrolyt und einer Elektrode, die normalerweise mit Farbstoffmolekülen bedeckt ist. Bei Sonneneinstrahlung absorbieren diese Moleküle das Licht und wandeln es in Elektronen um, die dann Strom erzeugen.
Perowskit
Perowskit-Solarzellen sind eine relativ neue Art von Solarzellen, die das Mineral Perowskit als Halbleiter in ihrer Struktur verwenden. Sie sind kostengünstig, leicht und flexibel, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten für die Ablösung der derzeitigen Solarzellen auf Siliziumbasis macht.
Quantum Dot
Quantenpunkte sind Nanokristalle, die Sonnenenergie in Strom umwandeln können und zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Sie sind so klein, dass sie die Energie eines einzigen Photons einfangen können, was bedeutet, dass sie viel mehr Energie aufnehmen können als herkömmliche Silizium-Solarzellen.
Der Wirkungsgrad dieser PV-Zelle hängt von der Größe der Quantenpunkte ab. Kleinere Quantenpunkte haben einen geringeren Wirkungsgrad und sind billiger in der Herstellung, während größere Quantenpunkte einen höheren Wirkungsgrad haben und länger in der Herstellung dauern.
Organische Fotovoltaik
Bei der organischen Photovoltaik handelt es sich um Dünnschichtsolarzellen, die anstelle von Silizium organische Halbleitermaterialien verwenden. Im Vergleich zu Silizium-PV-Zellen sind organische PV-Zellen weniger effizient und können mit weniger Energieaufwand hergestellt werden. Allerdings sind organische PV-Zellen flexibler, leichter und billiger in der Herstellung als Silizium-PV-Zellen.
Arten von Solarmodulen und ihre Materialien
Welche Art von Solarmodul in einem Solarsystem verwendet wird, hängt von mehreren Faktoren ab, z. B. von der Art des Daches am Standort, der Größe des Daches und der Menge des Sonnenlichts, das auf das Dach fällt. Die Art des verwendeten Solarmoduls hängt auch von der Strommenge ab, die für das System benötigt wird. Zu den gängigsten Arten von Solarmodulen gehören monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule. – Monokristallin: Bei diesem Solarmodultyp werden Silizium-PV-Zellen verwendet.
Die Silizium-PV-Zellen werden aus monokristallinem Silizium hergestellt, das als Einkristall abgebaut wird. Das Silizium wird gereinigt, geschmolzen und in Blöcke gegossen. Die Blöcke werden dann erhitzt, extrudiert und zu Wafern gezogen. Die Wafer werden in einzelne Solarzellen zerlegt. Diese Art von Solarmodulen ist die effizienteste, aber die Kosten für den Abbau, die Verarbeitung und den Transport der Silizium-PV-Zellen sind höher als bei anderen Solarzellenmaterialien. – Polykristallin: Bei dieser Art von Solarmodulen wird polykristallines Silizium verwendet. Polykristallines Silizium wird aus Silizium hergestellt, das gereinigt, geschmolzen und in Blöcke gegossen wird. Die Blöcke werden dann gereinigt, extrudiert und zu Wafern gezogen. Die Wafer werden dann zu Solarzellen geschnitten.
Polykristallines Silizium hat einen etwas geringeren Wirkungsgrad als monokristallines Silizium, ist aber kostengünstiger in der Herstellung. – Dünnschicht: Bei dieser Art von Solarmodulen werden Dünnschicht-Solarzellen verwendet. Dünnschicht-Solarzellen werden aus polykristallinem Silizium hergestellt. Das polykristalline Silizium wird gereinigt, geschmolzen und in Blöcke gegossen. Die Blöcke werden dann gereinigt, extrudiert und zu Platten gezogen. Die Platten werden dann zu Solarzellen geschnitten. Dünnschicht-Solarzellen haben die niedrigsten Kosten pro erzeugter Kilowattstunde Strom, aber sie haben eine kürzere Lebensdauer als andere Arten von Solarzellen.
Vorteile von Solarmodulen aus alternativen Materialien
Langlebig – Alternative Materialien für Solarzellen haben eine höhere Lebensdauer als Silizium-PV-Zellen. Polykristalline Silizium-Solarmodule zum Beispiel haben eine Lebensdauer von 25 bis 50 Jahren. Das bedeutet, dass diese Solarmodule viele Jahre lang verwendet werden können, ohne dass sie ersetzt werden müssen. Außerdem sind Solarmodule aus polykristallinem Silizium haltbarer als andere Solarzellenmaterialien. Die Silizium-PV-Zellen sind widerstandsfähiger gegen Oxidation, die die Zellen beschädigen und ihre Lebensdauer verkürzen kann.
Geringer Wartungsaufwand – Alternative Materialien für Solarzellen erfordern keinen großen Wartungsaufwand, wie z. B. Reinigen und Schrubben, was die Wartungskosten senkt. Außerdem benötigen die Module kein Wasser zur Reinigung der Solarzellen, was die Wasserverschmutzung durch Reinigungswasser reduziert.
Umweltfreundlich – Alternative Materialien für Solarzellen sind umweltfreundlicher als Silizium-PV-Zellen. So haben polykristalline Silizium-Solarzellen eine Lebensdauer von 25 bis 50 Jahren, was bedeutet, dass sie nicht so oft ausgetauscht werden müssen wie Silizium-PV-Zellen. Außerdem werden polykristalline Solarzellen aus recycelten Materialien hergestellt, während Silizium-PV-Zellen aus abgebauten Rohstoffen hergestellt werden.
Kosteneinsparungen durch alternative Materialien
Die Kosten für die Herstellung von Solarmodulen sind in den letzten Jahren aufgrund steigender Preise für Silizium-PV-Zellen und höherer Lohnkosten erheblich gestiegen. Die Kosten für alternative Materialien sind jedoch seit der Einführung dieser alternativen Solarzellenmaterialien im Jahr 2014 deutlich gesunken. So sind beispielsweise die Kosten für polykristalline Solarzellen seit 2014 um 25 % gesunken, und es wird erwartet, dass sie weiter fallen werden.
