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Solaranlagen Wirkungsgrad

Eine Anlage kann verschiedene Wirkungsgrade haben. Man unterscheidet hier zwischen Kollektorwirkungsgrad (Solarthermie), Zellwirkungsgrad (Photovoltaik), Anlagenwirkungsgrad und Systemwirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist für die optimale Funktion der Anlage sehr wichtig, da er den Ertrag maßgeblich mit bestimmt. Der Wirkungsgrad ist verantwortlich für das Verhältnis zwischen der Sonnenenergie, die vorhanden ist, und der Energie, die letztendlich vom Verbraucher nutzbar ist.

Der Wirkungsgrad in der Forschung

Der Wirkungsgrad ist für die Leistung der Anlage von großer Bedeutung. Unternehmen und Forschungsinstitute arbeiten daher seit Jahren an der Optimierung des Wirkungsgrades. Ständig gibt es neue Erfolge. Erst kürzlich gelang Mitarbeitern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ein neuer Spitzen-Wirkungsgrad, der die ganze Branche revolutionieren könnte. Das Besondere ist, dass der Wirkungsgrad für einfach herzustellende großflächige Siliciumsolarzellen erzielt wurde. Die Forscher gehen davon aus, dass schon bald ein Wirkungsgrad von 20% durchaus realisierbar ist. Diese Entwicklungen könnten dazu führen, dass Solaranlagen schon bald in Massen produziert werden könnten. Das wäre nicht nur ein Gewinn für die Umwelt, sondern auch für das Portemonnaie. Durch die Massenfertigung sinken die Preise.

Wirkungsgrad bei Solarthermischen Anlagen

Der Wirkungsgrad einer Solaranlage errechnet sich aus dem Anteil der Globalstrahlungsleistung, die auf die Fläche des Kollektors trifft und in nutzbare Energie umgewandelt werden kann. Die Leistung unterliegt dabei Schwankungen. Eine große Beeinflussung geht vom Standort der Anlage aus. Allerdings spielen auch das Wetter und die Jahres- und Tageszeiten eine große Rolle. Das wichtigste Merkmal für den Wirkungsgrad ist aber die Temperatur. Die Differenz der Temperatur zwischen Absorber- und der Umgebungstemperatur des Kollektors ist hier ganz entscheidend. Als einfache Regel gilt: Je höher die Temperatur des Absorbers und je niedriger die Außentemperatur, desto mehr Wärme geht verloren. Wie hoch der Wärmeverlust letztendlich ist, bestimmen die Intensität der Wärmestrahlung, die Wärmeübertragung an die Luft, die Konvektion und die Wärmeübertragung über die Wärmeleitung. Durch bestimmte Körper in der Umgebung der Anlage kann Wärme verloren gehen. Dafür kann zum Beispiel der Rahmen der Kollektoren verantwortlich sein.

Allgemeine Informationen zum Wirkungsgrad

Im Fachjargon ist mit dem Wirkungsgrad das Verhältnis der nutzbaren Energie zur eingesetzten Energie gemeint. Der Verbraucher kann sich zur Veranschaulichung am Energiegewinn einer Glühbirne orientieren. Glühbirnen wandeln zwischen 3% und 4% der eingesetzten Energie in Licht um. Photovoltaikanlagen erreichen hier momentan einen Wirkungsgrad zwischen 11% und 17 %. Forscher erzielen schon Wirkungsgrade von über 20%. Die höchsten Wirkungsgrade werden von solarthermischen Anlagen erbracht. Der geringste Wirkungsgrad liegt bei 25 %. Hochmoderne Anlage können schon 40% der Sonnenstrahlen in nutzbare Energie umwandeln. Ganz entscheidend für die Wirkung ist das Material der Solarzelle. Dünnschichtmodule auf Basis von amorphem Silizium erzielen beispielsweise einen Wirkungsgrad von etwa 5% bis 13 %. Bei Solarzellen aus polykristallinem Silizium liegt der Wirkungsgrad schon deutlich höher. Ergebnisse zwischen 13% und 18% sind hier keine Seltenheit. Erstaunliche hohe Werte liefern auch Zellen aus monokristallinem Silizium. Hier liegt der Wirkungsgrad zwischen 14% und 24 %. Der absolute Spitzenwert geht aber eindeutig von Konzentratorzellen aus. Forscher arbeiten seit langem an der Weiterentwicklung dieser Zellen. Unter bestimmten Voraussetzungen wurden hier bei Laborversuchen schon herausragende Wirkungsgrade von über 40% erzielt.

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