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  • Markus

Neue Solarzellen mit 41 % Wirkungsgrad

Aktualisiert: 16. Mai

Die Solartechnologie hat einen bedeutenden Meilenstein erreicht - die Entwicklung von Solarzellen mit einem beeindruckenden Wirkungsgrad von 41 %. Diese neuen Solarzellen versprechen eine Revolution in der Art und Weise, wie wir Solarenergie nutzen. In diesem Blogbeitrag werfen wir einen genaueren Blick auf die Bedeutung dieser bahnbrechenden Technologie und ihre potenziellen Auswirkungen auf die Energiebranche und die Umwelt.


1. Die Bedeutung des 41 % Wirkungsgrads:

Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist entscheidend für ihre Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Mit einem Wirkungsgrad von 41 % setzen die neuen Solarzellen einen neuen Standard, der weit über bisherige Technologien hinausgeht. Dieser hohe Wirkungsgrad ermöglicht eine effizientere Nutzung des Sonnenlichts und verspricht eine signifikante Steigerung der Energieerzeugung aus Solarenergie.


2. Technologie hinter den neuen Solarzellen:

Die neuen Solarzellen mit 41 % Wirkungsgrad basieren auf fortschrittlichen Materialien wie Galliumarsenid und Indiumphosphid sowie innovativen Designs, die eine bessere Nutzung des Sonnenspektrums ermöglichen. Durch Mehrfachsolarzellen und Konzentrator-Photovoltaik-Technologien wird eine optimale Lichtausnutzung erreicht, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt.


Eigenschaft

Herkömmliche Solarzellen

41% Wirkungsgrad Solarzellen

Wirkungsgrad

Bis zu 26%

41 %

Materialien

Silizium

Galliumarsenid, Indiumphosphid

Technologie

Einfachschicht

Multischicht

Flächenbedarf

Größer

Kleiner

Kosteneffizienz

Geringer

Höher

Umweltauswirkungen

Höher

Geringer

Preis pro qm

150-300

300-400

Stromerzeugung (kWh/qm/Tag)

bis zu 0,875

1,435

Geschätzte Amortisationszeit (Jahre)

8-12

6-8


3. Auswirkungen auf den Energiemarkt:

Die Einführung von Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 41 % wird voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf den Solarmarkt haben. Durch die erhöhte Energieerzeugung pro Flächeneinheit werden die Kosten für Solarenergie voraussichtlich sinken, was zu einer erhöhten Wettbewerbsfähigkeit im Vergleich zu fossilen Brennstoffen führen könnte. Dies könnte auch die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien fördern und zu einer nachhaltigeren Energieversorgung beitragen.


4. Umweltvorteile:

Die neuen Solarzellen bieten nicht nur wirtschaftliche Vorteile, sondern haben auch positive Auswirkungen auf die Umwelt. Durch ihre höhere Effizienz wird weniger Fläche für die Installation benötigt, was die Auswirkungen auf die natürliche Umwelt verringert. Darüber hinaus trägt die erhöhte Nutzung von Solarenergie zur Reduzierung von CO2-Emissionen bei und unterstützt somit die Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels.


5. Fallbeispiel: Vergleich - Solarzellen mit 41 % und 22 % Wirkungsgrad

Leistung

Angenommen, Sie planen eine Photovoltaik-Anlage mit einer Fläche von 12 Quadratmetern zu installieren. Bei einem Wirkungsgrad von 41 % könnte diese Anlage theoretisch eine Leistung von 4,92 kWp (Kilowattpeak) erreichen:


12 𝑚2×41%=4,92 𝑘𝑊𝑝

Im Vergleich dazu würde dieselbe Anlage mit herkömmlichen monokristallinen Solarzellen (mit einem Wirkungsgrad von 22 %) nur eine Leistung von 2,64 kWp erreichen:


12 𝑚2×22%=2,64 𝑘𝑊

Anschaffungskosten

Die Anschaffungskosten für Solaranlagen können je nach Typ und Hersteller variieren. Für hochwertige Solarmodule mit einem höheren Wirkungsgrad wie diejenigen mit 41 % können die Anschaffungskosten pro Quadratmeter höher ausfallen als für herkömmliche Module. Nehmen wir an, die Kosten pro Quadratmeter für Solarmodule mit 41 % Wirkungsgrad betragen 400 Euro, während die Kosten für Solarmodule mit 22 % Wirkungsgrad bei 250 Euro pro Quadratmeter liegen.


Die Gesamtkosten für die Anschaffung der Solarzellen betragen dann:

  • Für Solarzellen mit 41 % Wirkungsgrad: 12 𝑚2×400 €/𝑚2=4.800 

  • Für Solarzellen mit 22 % Wirkungsgrad: 12 𝑚2×250 €/𝑚2=3.000 


Obwohl die Anschaffungskosten für Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad zunächst höher sind, können sie aufgrund ihrer höheren Energieerzeugung langfristig rentabler sein.


Amortisation

Um die Amortisationsdauer zu vergleichen, müssen wir die Gesamtkosten der Anschaffung mit den potenziellen Einsparungen durch die Stromerzeugung über die Lebensdauer der Anlage vergleichen.

Angenommen, die Gesamtkosten für die Anschaffung der Solarzellen betragen:

  • Für Solarzellen mit 41 % Wirkungsgrad: 4.800 €

  • Für Solarzellen mit 22 % Wirkungsgrad: 3.000 €


Nehmen wir weiterhin an, dass die Anlage jährlich 1.200 kWh pro kWp erzeugt und der Strompreis 0,25 € pro kWh beträgt. Die Lebensdauer der Anlage beträgt 25 Jahre.


Für die Anlage mit 41 % Wirkungsgrad beträgt die erwartete jährliche Stromerzeugung:

4,92 𝑘𝑊𝑝×1.200 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝=5.904 𝑘𝑊ℎ

Die jährlichen Einnahmen aus dem Verkauf des erzeugten Stroms betragen:

5.904 𝑘𝑊ℎ×0,25 €/𝑘𝑊ℎ=1.476 €

Die Amortisationsdauer beträgt daher:

4.800 € 1.476 €/𝐽𝑎ℎ𝑟 ≈ 3,25 𝐽𝑎ℎ𝑟𝑒

Für die Anlage mit 22 % Wirkungsgrad beträgt die erwartete jährliche Stromerzeugung:

2,64 𝑘𝑊𝑝×1.200 𝑘𝑊ℎ/𝑘𝑊𝑝=3.168 𝑘𝑊h

Die jährlichen Einnahmen aus dem Verkauf des erzeugten Stroms betragen:

3.168 𝑘𝑊ℎ×0,25 €/𝑘𝑊ℎ=792 €

Die Amortisationsdauer beträgt daher:

3.000 € 792 €/𝐽𝑎ℎ𝑟 ≈ 3,79 𝐽𝑎ℎ𝑟𝑒

Basierend auf diesen optimalen Labor-Berechnungen hat die Anlage mit 41 % Wirkungsgrad eine kürzere Amortisationsdauer als die Anlage mit 22 % Wirkungsgrad. Obwohl die Anschaffungskosten höher sind, ermöglicht der höhere Wirkungsgrad eine schnellere Rückgewinnung der Investitionskosten durch die Einsparungen bei den Stromkosten. In der Realität wird die Berechnung anders ausfallen, jedoch ist zu erwarten dass Module mit 41 % Wirkungsgrad sich schneller amortisieren.


Diese Tabelle verdeutlicht, dass die Anlage mit 41 % Wirkungsgrad eine kürzere Amortisationsdauer hat als die Anlage mit 22 % Wirkungsgrad. Obwohl die Anschaffungskosten höher sind, ermöglicht der höhere Wirkungsgrad eine schnellere Rückgewinnung der Investitionskosten durch die Einsparungen bei den Stromkosten.


Fazit:

Die Entwicklung neuer Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 41 % markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Solartechnologie. Diese Technologie verspricht eine effizientere Nutzung von Solarenergie, wirtschaftliche Vorteile und positive Umweltauswirkungen. Mit ihrer Einführung könnten wir einen wichtigen Schritt in Richtung einer nachhaltigen und sauberen Energiezukunft machen. Finde hier* die passende Solaranlage für dein Haus!


Update: Neuste Entwicklungen

Die neuesten Entwicklungen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) haben zu einem Durchbruch in der Solartechnologie geführt: Forscherinnen und Forscher am ISE haben eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 47,6 Prozent entwickelt. Diese Solarzelle gilt derzeit als die effizienteste der Welt und wurde durch eine neue Antireflexbeschichtung optimiert. Dieser Meilenstein wurde auf dem 2. Internationalen TandemPV Workshop in Freiburg vorgestellt.


Das Projekt, bekannt als "50Prozent", wird seit zwei Jahren am Fraunhofer ISE durchgeführt und zielt darauf ab, erstmals eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 50 Prozent zu entwickeln. Durch die Optimierung jeder einzelnen Schicht der komplexen Mehrfachsolarzellen und prozesstechnologische Verbesserungen konnte das Projektteam bereits einen großen Fortschritt erzielen: Die neue Solarzelle erreicht einen Wirkungsgrad von 47,6 Prozent unter konzentriertem Sonnenlicht.


Die Schichtstruktur dieser Solarzelle wurde bereits 2016 gemeinsam mit der französischen Soitec AG entwickelt. Es handelt sich um eine obere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), die auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gebondet wurde. Durch die Weiterentwicklung im Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen des Fraunhofer ISE konnten verbesserte Kontaktschichten und eine 4-lagige Antireflexionsschicht hinzugefügt werden, wodurch die Widerstandsverluste verringert und die Reflexion an der Vorderseite der Zelle minimiert wurden.


Diese Vierfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern gehören zu den effizientesten Solarzellen der Welt und entfalten ihr höchstes Potenzial, wenn das Sonnenlicht durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Bauelemente gebündelt wird. Die Anwendungsmöglichkeiten solcher höchsteffizienten Tandemsolarzellen sind vielfältig, wobei Konzentrator-Photovoltaik-Systeme in sonnenreichen Ländern zur effizienten Energieerzeugung beitragen können.

Die Fortschritte im Bereich der Solartechnologie, insbesondere die Entwicklung dieser effizienten Solarzelle, sind ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigeren Energieerzeugung. Durch die kontinuierliche Forschung und Entwicklung in diesem Bereich wird die Photovoltaik zunehmend wettbewerbsfähiger und kann einen bedeutenden Beitrag zur globalen Energiewende leisten.

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