Während der Tagesstunden dringen Sonnenenergieströme auf die Oberfläche des Planeten. Wissenschaftler und Ingenieure haben lange herausgefunden, wie man es benutzt. Sonnenkollektoren können die Energie des Tageslichts umwandeln. Ihre Wirksamkeit ist noch lange nicht ideal, wird aber im Laufe der Zeit dank der Arbeit von Spezialisten zunehmen.
Anleitung
Schritt 1
Die Arbeit einer Solarzelle basiert auf den physikalischen Eigenschaften von Halbleiterzellen. Die Photonen des Lichts schlagen Elektronen aus dem äußeren Radius der Atome heraus. In diesem Fall wird eine beträchtliche Anzahl freier Elektronen gebildet. Wenn Sie nun den Stromkreis schließen, fließt ein elektrischer Strom durch ihn. Sie ist jedoch zu klein, um auf die Verwendung von einer oder zwei Fotozellen beschränkt zu sein.
Schritt 2
Typischerweise werden einzelne Komponenten zu einem System zu einer Batterie zusammengefasst. Mehrere solcher Batterien werden verwendet, um Module zu bilden. Je mehr Solarzellen miteinander verbunden sind, desto höher ist der Wirkungsgrad des technischen Systems. Auch die Position der Solarbatterie zum Lichtstrom ist wichtig. Die Energiemenge hängt direkt von dem Winkel ab, unter dem die Sonnenstrahlen auf die Fotozellen fallen.
Schritt 3
Eines der wichtigsten Leistungsmerkmale einer Solarzelle ist der Leistungskoeffizient (COP). Sie ist definiert als das Ergebnis der Division der Leistung der empfangenen Energie durch die Leistung des Lichtstroms, der auf die Arbeitsfläche der Batterie fällt. Bislang liegt der Wirkungsgrad von Solarzellen in der Praxis zwischen 10 und 25 Prozent.
Schritt 4
Im Herbst 2013 wurde in der Presse berichtet, dass es deutschen Ingenieuren gelungen sei, eine experimentelle Fotozelle zu entwickeln, deren Wirkungsgrad bei fast 45% liegt. Um solch eine unglaubliche Leistung für eine Standard-Solaranlage zu erreichen, mussten die Designer ein vierstöckiges Fotozellen-Layout verwenden. Dadurch konnte die Gesamtzahl der nutzbaren Halbleiterübergänge erhöht werden.
Schritt 5
Experten haben errechnet, dass in Zukunft durchaus höhere Wirkungsgrade von bis zu 85 % erreicht werden können. Was ist der Grund für die aktuelle Batterieverzögerung hinter den Designmerkmalen? Der Unterschied zwischen realen Zahlen und theoretisch möglichen Indikatoren erklärt sich durch die Eigenschaften der Materialien, aus denen Batterien hergestellt werden. Platten bestehen in der Regel aus Silizium, das nur Infrarotstrahlung absorbieren kann. Aber die Energie der ultravioletten Strahlen wird fast nie genutzt.
Schritt 6
Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu verbessern, ist der Einsatz von Mehrschichtstrukturen. Ein solches Modul enthält mehrere dünne Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Dabei werden die Stoffe so gewählt, dass die Schichten hinsichtlich der Energieaufnahme aufeinander abgestimmt sind. Theoretisch können solche mehrschichtigen "Kuchen" eine Effizienz von bis zu fast 90% bieten.
Schritt 7
Eine weitere vielversprechende Entwicklungsrichtung ist der Einsatz von Panels aus Silizium-Einkristallen. Leider ist dieses Material immer noch viel teurer als polykristalline Analoga. Um die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen, ist es daher erforderlich, das Design zu verteuern, was die Amortisationszeit erhöht.
