Sind größere Solarzellen effizienter?

Photovoltaik-Solarzellen nehmen Energie aus dem Sonnenlicht auf und wandeln sie in elektrische Energie um. Damit der Prozess funktioniert, muss Sonnenlicht in das Solarzellenmaterial eindringen und absorbiert werden, und die Energie muss aus der Solarzelle herauskommen. Jeder dieser Faktoren beeinflusst die Effizienz einer Solarzelle. Einige Faktoren sind für große und kleine Solarzellen gleich, aber einige variieren mit der Größe. Die unterschiedlichen Faktoren machen es kleineren Solarzellen leichter, effizienter zu sein als ihren größeren Pendants.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Effizienz zu definieren. Am sinnvollsten aus Verbrauchersicht ist das Verhältnis der erzeugten elektrischen Energie zur gesamten Sonnenenergie, die auf die Fläche der Solarzelle trifft. Es gibt viele Arten von Solarzellen. Multifunktionszellen sind sehr teuer, können aber einen Wirkungsgrad von etwa 40 Prozent erreichen. Siliziumzellen haben einen Wirkungsgrad von 13 bis 18 Prozent, während andere Ansätze, die als "Dünnschichtzellen" bezeichnet werden, einen Wirkungsgrad von 6 bis 14 Prozent haben. Das Material, das Design und die Konstruktion der Zelle haben einen viel größeren Einfluss auf die Effizienz als die Größe.

Der erste Faktor, der die Effizienz einer Solarzelle bestimmt, ist die Lichtmenge, die in das Solarzellenmaterial gelangt. Die Oberfläche einer Solarzelle muss einen elektrischen Kontakt haben, um den Stromkreis zu schließen und den Strom abzugeben. Diese Elektroden verhindern, dass Sonnenlicht das absorbierende Material erreicht. Leider kann man nicht einfach kleine Elektroden auf den Rand einer Solarzelle legen, da man dann zu viel Strom durch Widerstände im Solarzellenmaterial verliert. Das bedeutet, dass Sie bei einer großen Solarzelle - sagen wir etwa 5 Zoll im Quadrat - mehrere Elektroden auf der Oberfläche haben müssen, die das Licht blockieren. Wenn Ihre Solarzelle einen halben Zoll mal einen Zoll groß ist, können Sie mit einem kleineren Prozentsatz der mit Elektroden bedeckten Oberfläche auskommen.

Wenn Sonnenlicht in das Solarzellenmaterial eindringt, wandert es weiter, bis es mit einem Elektron im Material wechselwirkt. Wenn das Elektron die Energie des Sonnenlichts absorbiert, erhält es einen Schub. Es kann diese Energie verlieren, indem es mit anderen Elektronen zusammenstößt. Das hängt meistens nicht von der Größe der Solarzelle ab. Es hängt nur von seiner Zusammensetzung und seinem Design ab. Wenn die Elektronen jedoch im Halbleitermaterial weiter gehen müssen, ist es wahrscheinlicher, dass sie Energie verlieren. Wenn Sie den Abstand zu den Elektroden klein machen, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Elektron Energie verliert. Da größere Zellen mit mehr Elektroden entworfen werden, ist der Abstand ungefähr gleich, sodass sich dies nicht zu sehr mit der Solarzellengröße ändert.

Der Widerstand ist ein Maß dafür, wie schwer es für ein Elektron ist, sich durch einen Stromkreis zu bewegen. Wenn alles andere gleich ist, führt ein kürzerer Abstand zu einem geringeren Widerstand, was bedeutet, dass kleinere Zellen weniger Energie verschwenden und etwas effizienter sind. Obwohl all diese Effekte kleinere Zellen gegenüber größeren begünstigen, haben sie nur sehr geringe Auswirkungen auf die Effizienz. Da Solarzellen erst in Kombination richtig sinnvoll werden, ist es meist sinnvoll, größere Zellen zu verwenden, um den Montageaufwand zu reduzieren. Typischerweise sind Siliziumsolarzellen etwa 5 oder 6 Zoll im Quadrat, um der Größe des Rohsiliziums zu entsprechen, aus dem sie hergestellt sind. Sie werden dann in Platten ein paar Meter an einer Seite zusammengefügt.