Könnte eine neue Solarzelle mit einem rekordverdächtigen Wirkungsgrad von 30.1 % das kommerzielle Potenzial von Solarmodulen verändern, fragt James McKenzie
Sonnenkollektoren gibt es schon seit Jahrzehnten – tatsächlich sind sie es jetzt gemeiner Anblick an Häusern selbst in den weitgehend trüben und dunklen Nationen Nordeuropas. Günstiger und einfacher zu installieren als je zuvor, stellt sich die Frage, warum nicht jedes einzelne Haus mit Solarmodulen ausgestattet ist. Meistens liegt es an den Kosten. Verbraucher wollen einfach einen schnellen Return on Investment.
Da ich viele Jahre im Bereich der Leuchtdioden (LED) gearbeitet habe, erinnere ich mich, wie schwierig es war, die Leute davon zu überzeugen, etwas zu kaufen – LED-Beleuchtung –, das mehr kostet als eine altmodische Glühlampe. Warum das Geld ausgeben, wenn Sie 10 Jahre oder länger keine Amortisation erhalten würden? Die neumodischen Glühbirnen waren gut für umweltbewusste Öko-Krieger, aber nicht für gewöhnliche Spieler.
Glücklicherweise verbesserten sich Effizienz, Kosten und Qualität von LEDs und die Verbraucher begannen zu erkennen, dass die LED-Beleuchtung lange genug überleben würde, um die anfänglichen Ausgaben wieder hereinzuholen. Als die Amortisationszeiten unter fünf Jahre sanken, ging es richtig los. Tatsächlich kann die heutige LED-Beleuchtung mehr als 100 Lumen pro Watt liefern (doppelt so viel wie bei High-End-Produkten), was bedeutet, dass sie die einzige praktische Wahl sind – mit Amortisation in Monaten.
Selektiv Verbote von ineffizienten Lichtquellen half natürlich, aber LEDs setzten sich aufgrund des technischen Fortschritts gepaart mit Skaleneffekten durch. Wird das Gleiche mit Solarmodulen passieren? In Großbritannien hat die Regierung 2010 damit begonnen Einspeisetarife (FiTs). Wer mit Solarzellen erzeugten Strom ins Netz einspeiste, bekam 41.3 p/kWh (Pence pro Kilowattstunde) vergütet – zu einer Zeit, als der Strom bei etwa 10 p/kWh lag. Die Tarife führten dazu, dass viele Menschen Photovoltaik (PV)-Module mit Installationen ausstatteten Anstieg von 140,000 im Jahr 2011 auf 1.2 Millionen bis Ende letzten Jahres.
Effizienzgewinne
Im Jahr 2010 waren kommerzielle Solar-PV-Module auf Siliziumbasis mit Wirkungsgraden von typischerweise 15 %. Wenn Sie sie von einem seriösen Hersteller gekauft haben, könnten einige Panels Dutzende von Jahren halten, was lange genug war, um eine Amortisation der Investition zu erzielen. Aber ein 2020-Bericht der International Renewable Energy Agency festgestellt, dass die Kosten für Solar-PV zwischen 82 und 2010 weltweit um 2019 % gesunken sind, wobei die Moduleffizienzen jetzt fast 22 % betragen.
Tatsächlich sind alle erneuerbaren Energien im Preis gefallen, einschließlich Onshore- und Offshore-Windenergie sowie konzentrierter Solarenergie, wobei Solarenergie allein im Jahr 13 um 2019 % auf knapp über 5 P/kWh gefallen ist. Trotz der folgenden Umwälzungen in der britischen Solarbranche das Ende von FiTs in den Jahren 2017-2018, Großbritannien wird laut dem Physiker bis Ende 1 voraussichtlich mehr als 2022 GW Solar-PV installieren Finlay Colville, Leiter Marktforschung bei Solare Medien.
Darüber hinaus deuten Anzeichen darauf hin, dass Großbritannien bis 40 insgesamt 2030 GW an Solar-PV auf den Dächern von Wohnhäusern und Büros sowie in Freiflächen-Solaranlagen installiert haben könnte. Anfang dieses Jahres im Rahmen seiner Energiesicherheitsplan, wird die britische Regierung auch versuchen, die derzeitige britische Solarkapazität von 14 GW zu erhöhen, was ihrer Einschätzung nach möglich wäre bis 2035 auf das Fünffache anwachsen.
Die Kosten sind entscheidend. Der Weltrekord für die Effizienz von Solarzellen liegt derzeit bei 47.1 %, das 2019 von Mitarbeitern in den USA erreicht wurde Nationales Erneuerbare-Energielaboratorium, der unter der Beleuchtung von 143 Sonnen sechs Junction-Konzentrator-Solarzellen aus verschiedenen Materialien baute. Keine Solarzelle kann jemals so kosteneffektiv sein wie das gute alte Silizium, aber ein neues „Tandem“-Solarmodul, das kürzlich vorgestellt wurde Weltkonferenz über photovoltaische Energieumwandlung in Mailand, könnte mit einem Wirkungsgrad von 30.1 % bei Beleuchtung durch nur eine Sonne ein Wendepunkt sein.
Die neue Zelle könnte mit einem Wirkungsgrad von 30.1 % unter der Beleuchtung von nur einer Sonne ein Wendepunkt sein
Entwickelt von einem Team aus verschiedenen Universitäten und Instituten in den Niederlandenkombiniert die Zelle eine herkömmliche Siliziumzelle mit einer Zelle aus Perowskit und kann so einen größeren Teil des Sonnenspektrums ausnutzen. Das liegt daran, dass der Siliziumteil gut mit sichtbarem und infrarotem Licht funktioniert, während der Perowskit besser mit ultraviolettem und sichtbarem Licht funktioniert. Der Perowskit lässt auch mehr als 93 % des nahen Infrarotlichts die Siliziumzelle erreichen.
Viele Teams auf der ganzen Welt arbeiten an Tandemzellen, einschließlich der britischen Firma Oxford PV. Durch die Beschichtung einer gewöhnlichen Siliziumzelle mit einem dünnen Perowskit-Film hat es erreichte 29.52 einen Wirkungsgrad von 2020 %, wobei das Unternehmen sagt, dass sein synthetisches Perowskit-Material erschwinglich und nachhaltig ist. Mit eine Fabrik bereits gebaut, beabsichtigt Oxford PV, das erste Unternehmen zu sein, das diese verkauft Solarzellen der nächsten Generation. Erste Produkte, die für Wohndächer konzipiert sind, werden 20 % mehr Strom aus der gleichen Anzahl von Zellen erzeugen.
Sonnige Zukunft
Solarenergie hat viel Potenzial, da 87 % der Nationen der Welt in der Lage sind, sich selbst mit weniger als 5 % ihrer Landfläche zu versorgen. Wie Elon Musk betonte, könnten die USA die Arbeit mit nur ein paar hundert Kilometern Sonnenkollektoren in einer kleinen Ecke von Utah erledigen. Aber das Vereinigte Königreich gehört nicht zu diesen glücklichen Ländern: 12.5 % der gesamten Nation müssten mit Sonnenkollektoren bedeckt werden, um sich selbst mit Strom zu versorgen. Das ist viel, wenn man bedenkt, dass nur 6 % des Landes bebaut sind.
Solar-PV wird daher ein Teil des Mixes sein, aber nicht die ganze Lösung. Wir müssen die Effizienz von Solarzellen steigern und gleichzeitig die Produktionskosten, Wechselrichter- und Installationskosten im Zaum halten, um die Akzeptanz wirklich zu fördern. Das durchschnittliche Vier-Personen-Haus in Großbritannien benötigt derzeit etwa 16 Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von etwa 20 %, um sich selbst mit Strom zu versorgen. Angesichts der geringen Sonneneinstrahlung in Großbritannien galt bis vor kurzem die Faustregel, dass es 11 bis 14 Jahre dauern würde, bis sich Solarmodule amortisieren würden.
Einigen Schätzungen zufolge beträgt die Amortisationszeit von Solarmodulen jedoch nur noch vier Jahre, und weitere Verbesserungen könnten diese Zeit noch weiter verkürzen. Mit explodierenden Energiepreisen und der Lebenshaltungskostenkrise scheint die Zeit für Solar-PV endlich gekommen zu sein.
