- Solarzellen werden weltweit zunehmend auf Dächern und großen Energieanlagen installiert. Solarmodule erreichen derzeit etwa 20-22% Effizienz, könnten jedoch mit neuen Technologien bis zu 34% Effizienz erreichen. Tandem-Solarzellen, die zwei Materialien übereinander stapeln, haben das Potenzial, mehr Sonnenenergie einzufangen als traditionelle Siliziumzellen. Neue Perowskit-Silizium-Tandemzellen haben einen Weltrekord von 33,89% Effizienz erzielt. Trotz Herausforderungen bei der Skalierung dieser Technologie zeigen die Entwicklungen eine vielversprechende Zukunft für die Solarenergie und deren Rolle im Übergang zu erneuerbaren Energien.
Das Bild von Solarzellen, die auf Dächern und großen Energieanlagen installiert sind, ist in vielen Regionen weltweit zur Normalität geworden. Selbst im oft grauen und regnerischen Großbritannien wird die Solarenergie zu einem bedeutenden Akteur in der Stromerzeugung. Dieser Aufschwung in der Solarenergie wird durch zwei wesentliche Entwicklungen befeuert. Erstens optimieren Wissenschaftler, Ingenieure und Industrievertreter jeden Fertigungsschritt, um Solarzellen in Milliardenstückzahlen sehr kostengünstig herzustellen. Zweitens und am bedeutendsten ist der unablässige Anstieg der Leistungskonversionseffizienz der Paneele – ein Maß dafür, wie viel Sonnenlicht in Elektrizität umgewandelt werden kann.
Je höher die Effizienz der Paneele, desto günstiger wird der Strom. Dies wirft die Frage auf: Wie effizient kann Solarenergie werden? Und wird dies Auswirkungen auf unsere Energierechnungen haben? Gegenwärtig wandeln kommerziell erhältliche Solarmodule etwa 20 bis 22 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie um. Forschungen zeigen jedoch, dass zukünftige Solarmodule durch Ausnutzung einer neuen Technologie namens Tandem-Solarzellen Wirkungsgrade von bis zu 34 Prozent erreichen könnten.
Was sind Tandem-Solarzellen?
Traditionelle Solarzellen bestehen aus einem einzigen Material, das Sonnenlicht absorbiert. Derzeit werden fast alle Solarmodule aus Silizium hergestellt – demselben Material, das im Kern von Mikrochip sitzt. Während Silizium ein ausgereiftes und zuverlässiges Material ist, liegt seine Effizienzgrenze bei etwa 29 Prozent. Um diese Grenze zu überwinden, haben sich Wissenschaftler Tandem-Solarzellen zugewandt, die zwei Solarmaterialien übereinander stapeln, um mehr Sonnenenergie einzufangen.
In einem aktuellen Nature-Paper berichtete ein Forscherteam des Energieunternehmens LONGi über eine neue Tandem-Solarzelle, die Silizium und Perowskit-Materialien kombiniert. Dank ihres verbesserten Sonnenerntepotenzials erzielte die neue Perowskit-Silizium-Tandemzelle einen Weltrekord von 33,89 Prozent Effizienz. Perowskit-Materialien, die ursprünglich von der wissenschaftlichen Gemeinschaft erforscht wurden, haben sich als ideale Ergänzung zur etablierten Siliziumtechnologie herausgestellt. Ihr Geheimnis liegt in ihrer Fähigkeit, energiereiches blaues Licht effizienter als Silizium einzufangen.
Differenz in den Stromkosten
Die neuen rekordbrechenden Tandemzellen können zusätzlich 60 Prozent der Sonnenenergie einfangen. Dies bedeutet, dass weniger Paneele benötigt werden, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen, was die Fläche, die für Solarfarmen benötigt wird, reduziert. Dies bedeutet auch, dass Kraftwerksbetreiber Solarenergie mit höherem Gewinn erzeugen werden. Aufgrund der Art und Weise, wie Stromtarife festgelegt werden, werden Verbraucher jedoch möglicherweise keinen Unterschied bei ihren Stromrechnungen bemerken.
Der wahre Unterschied zeigt sich bei der Installation von Solaranlagen auf Dächern, wo der Platz begrenzt ist und effektiv genutzt werden muss. Der Preis für Solarstrom vom Dach wird anhand zweier Hauptfaktoren berechnet: Erstens die Gesamtkosten für die Installation der Solarmodule auf Ihrem Dach, und zweitens, wie viel Strom sie über 25 Jahre Betrieb erzeugen werden. Während die Installationskosten leicht zu ermitteln sind, sind die Einsparungen durch die Erzeugung von Solarstrom zu Hause etwas komplizierter.
Zukunftsaussichten der Solarzellen
Die Möglichkeit, Geld zu sparen, besteht darin, weniger Strom aus dem Netz zu entnehmen, insbesondere in Zeiten, in denen er teuer ist. Ebenso können Sie einen Teil Ihres überschüssigen Stroms ins Netz einspeisen. Doch Netzbetreiber zahlen dafür nur einen sehr geringen Preis, manchmal ist es daher vorteilhafter, eine Batterie zu verwenden und die Energie für die Nacht zu speichern. Angenommen, wir verbessern die Effizienz der Panels von 22 Prozent auf 34 Prozent, ohne die Installationskosten zu erhöhen, würde die Einsparung bei den Stromrechnungen von £558 (£747) pro Jahr auf £709 (£950) pro Jahr steigen.
Da die Forschung weitergeht, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um diese Technologie zu skalieren und ihre langfristige Haltbarkeit sicherzustellen. Die rekordverdächtigen Tandemzellen werden in Labors hergestellt und sind kleiner als eine Briefmarke. Diese hohe Leistung auf Meter-Quadrat-Flächen zu übertragen, bleibt eine enorme Herausforderung.
Trotz dieser Herausforderungen bleiben die wissenschaftlichen und industriellen Gemeinschaften entschlossen, Tandem-Solareinrichtungen zu entwickeln, die in beinahe alles integriert werden könnten – Autos, Gebäude und Flugzeuge. Die jüngsten Entwicklungen hin zu hocheffizienten Perowskit-Silizium-Tandemzellen weisen auf eine vielversprechende Zukunft für die Solarenergie hin und sichern deren wachsende Bedeutung im globalen Übergang zu erneuerbaren Energien.
