EINPhotovoltaik(PV) -Modul ist eine verpackte Verbindungsanordnung mit typischerweise 6 × 10-PhotovoltaikSolarzellen. Photovoltaikmodule bilden die Photovoltaikanlage von aPhotovoltaikanlagedas erzeugt und liefertSolarstromin gewerblichen und privaten Anwendungen. Jedes Modul wird von seinem bewertetDCAusgangsleistung unter Standardtestbedingungen (STC) und liegt typischerweise im Bereich von 100 bis 365Watt (W). DasEffizienzeines Moduls bestimmt die Fläche eines Moduls bei gleicher Nennleistung - ein 230-W-Modul mit 8% Wirkungsgrad hat die doppelte Fläche eines 230-W-Modul mit 16% Wirkungsgrad. Es gibt einige im Handel erhältliche Solarmodule, die den Wirkungsgrad von 22% übersteigen.[1]und angeblich auch mehr als 24%.[2][3]Ein Solarmodul kann nur eine begrenzte Menge Strom erzeugen. Die meisten Installationen enthalten mehrere Module. Ein Photovoltaiksystem umfasst typischerweise eine Anordnung von Photovoltaikmodulen, eineWandler, einBatteriepackzur Aufbewahrung, Verbindungsverdrahtung und optional aSolartrackingMechanismus.
Photovoltaikmodule nutzen Lichtenergie (Photonen) von der Sonne zur Stromerzeugung durch diePhotovoltaik-Effekt. Die Mehrheit der Module verwendetWafer-basierendkristallines SiliziumZellen oderDünnschichtzellen. Die strukturelle (Last tragenDas Mitglied eines Moduls kann entweder die oberste oder die hintere Schicht sein. Zellen müssen auch vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeit geschützt werden. Die meisten Module sind starr, aber es sind semi-flexible verfügbar, die auf Dünnschichtzellen basieren. Die Zellen müssen elektrisch in Reihe geschaltet sein. Äußerlich werden die meisten Photovoltaikmodule verwendetMC4-AnschlüsseTyp, um einfache wetterfeste Verbindungen zum Rest des Systems zu ermöglichen.
Die elektrischen Anschlüsse der Module werden hergestelltin Serieum eine gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen und / oderparallel zuum eine gewünschte Stromfähigkeit bereitzustellen. Die leitenden Drähte, die den Modulen den Strom entziehen, können Silber, Kupfer oder andere nichtmagnetische leitende Übergangsmetalle enthalten. BypassDiodenkann im Falle einer partiellen Abschattung des Moduls eingebaut oder extern verwendet werden, um die Ausgabe der noch beleuchteten Modulabschnitte zu maximieren.
Einige spezielle PV-Module enthaltenKonzentratorenin dem Licht durch fokussiert wirdLinsenoder spiegelt sich auf kleinere Zellen. Dies ermöglicht die Verwendung von Zellen mit hohen Kosten pro Flächeneinheit (wie zGalliumarsenid) auf kostengünstige Weise.
Wirkungsgrade
Je nach Bauart können Photovoltaikmodule aus verschiedenen Bereichen Strom erzeugenLichtfrequenzennormalerweise nicht den gesamten Sonnenbereich abdecken (ultraviolett.Infrarotund schwaches oder diffuses Licht). Daher viel von dem VorfallSonnenlichtEnergie wird durch Solarmodule verschwendet, und sie können weit höhere Wirkungsgrade erzielen, wenn sie mit beleuchtet werdenmonochromatischLicht. Daher besteht ein anderes Designkonzept darin, das Licht in verschiedene Wellenlängenbereiche aufzuteilen und die Strahlen auf unterschiedliche Zellen zu richten, die auf diese Bereiche abgestimmt sind.[Zitat benötigt]Es wurde erwartet, dass dies die Effizienz um 50% steigern kann. Wissenschaftler von Spectrolab, einer Tochtergesellschaft vonBoeing, haben Entwicklung von berichtetMehrfachsolarzellenMit einem Wirkungsgrad von mehr als 40% ein neuer Weltrekord für Photovoltaik-Solarzellen.[6]Die Spectrolab-Wissenschaftler sagen auch voraus, dass Konzentratorsolarzellen zukünftig Wirkungsgrade von mehr als 45% oder sogar 50% erreichen könnten, wobei theoretische Wirkungsgrade in Zellen mit mehr als drei Übergängen etwa 58% betragen.
Die beste Sonnenlichtumwandlungsrate (Wirkungsgrad von Solarmodulen) liegt derzeit bei neuen kommerziellen Produkten bei etwa 21,5%[7]in der Regel niedriger als die Effizienz ihrer isolierten Zellen. Die effizientesten Massensolarmodule[umstritten-diskutieren]haben Leistungsdichtewerte von bis zu 175 W / m2(16,22 W / ft2).[8]Forschung vonImperial College Londonhat gezeigt, dass der Wirkungsgrad eines Solarmoduls durch Anlegen der lichtempfangenden Halbleiteroberfläche mit verbessert werden kannAluminiumNanozylinder ähnlich derGrateaufLego-Blöcke. DasverstreutLichtbewegt sich dann auf einem längeren Weg im Halbleiter, was bedeutet, dass mehr Photonen absorbiert und in Strom umgewandelt werden können. Obwohl diese Nanozylinder zuvor verwendet wurden (wurde Aluminium vorangestellt)GoldundSilber-) trat die Lichtstreuung im nahen Infrarotbereich auf und das sichtbare Licht wurde stark absorbiert. Es wurde festgestellt, dass Aluminium den ultravioletten Teil des Spektrums absorbiert hat, während der sichtbare und der nahe Infrarotbereich des Spektrums von der Aluminiumoberfläche gestreut wurden. Dies, so die Studie, könnte die Kosten erheblich senken und die Effizienz verbessern, da Aluminium häufiger und weniger kostspielig ist als Gold und Silber. Die Forschung stellte auch fest, dass die Erhöhung des Stroms dünnere Filmsolarmodule technisch machbar macht, ohne die Effizienz der Stromumwandlung zu beeinträchtigen und somit den Materialverbrauch zu senken.