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Der Anblick von auf Dächern und großen Energieparks installierten Solarpaneelen ist in vielen Teilen der Welt alltäglich geworden. Selbst im grauen und regnerischen Großbritannien entwickelt sich Solarenergie zu einem wichtigen Akteur bei der Stromerzeugung.
Dieser Solarboom wird durch zwei wichtige Entwicklungen vorangetrieben. Erstens lernen Wissenschaftler, Ingenieure und Hersteller, wie man Milliarden von Solarmodulen herstellt. Jeder Herstellungsschritt wird sorgfältig optimiert, um sie zu geringeren Kosten herzustellen. Zweitens und noch wichtiger ist die stetige Steigerung der Energieumwandlungseffizienz der Panels, ein Maß dafür, wie viel Sonnenlicht in Elektrizität umgewandelt werden kann.
Je höher der Wirkungsgrad von Solarmodulen, desto günstiger ist der Strom. Da fragen Sie sich vielleicht: Wie effizient können wir mit der Effizienz der Solarenergie rechnen? Und wird es unsere Energiekosten senken?
Heutzutage wandeln handelsübliche Solarmodule etwa 20 bis 22 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie um. Neue in Nature veröffentlichte Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass zukünftige Solarmodule durch den Einsatz einer neuen Technologie namens Tandem-Solarzellen einen Wirkungsgrad von bis zu 34 % erreichen könnten. Untersuchungen belegen einen Rekordwirkungsgrad bei der Energieumwandlung von Tandem-Solarzellen.
Was sind Tandem-Solarzellen?
Herkömmliche Solarzellen bestehen aus einem einzigen Material, um Sonnenlicht zu absorbieren. Derzeit bestehen fast alle Solarmodule aus Silizium, dem gleichen Material, aus dem auch das Herzstück von Mikrochips besteht. Obwohl Silizium ein ausgereiftes und zuverlässiges Material ist, ist sein Wirkungsgrad auf etwa 29 % begrenzt.
Um diese Einschränkung zu überwinden, wandten sich Wissenschaftler Tandem-Solarzellen zu, bei denen zwei Solarmaterialien übereinander gestapelt werden, um mehr Sonnenenergie einzufangen.
In dem neuen Nature-Artikel berichtete ein Forscherteam des Energieriesen LONGi über eine neue Tandem-Solarzelle, die Silizium- und Perowskit-Materialien kombiniert. Dank der besseren Erfassung des Sonnenlichts erreichte das neue Perowskit-Silizium-Tandem einen Weltrekord-Wirkungsgrad von 33,89 %.
Perowskit-Solarmaterialien wurden vor weniger als zwanzig Jahren entdeckt und sind zur idealen Ergänzung zur etablierten Siliziumtechnologie geworden. Das Geheimnis liegt in ihrer Anpassungsfähigkeit an die Lichtabsorption. Perowskit-Materialien können hochenergetisches blaues Licht effizienter einfangen als Silizium.
Dadurch werden Energieverluste vermieden und der Gesamtwirkungsgrad des Tandems erhöht. Andere Materialien, sogenannte III-V-Halbleiter, wurden ebenfalls in Tandemzellen verwendet und erzielten höhere Wirkungsgrade. Das Problem besteht darin, dass ihre Herstellung schwierig und teuer ist und daher nur kleine Solarzellen in Kombination mit fokussiertem Licht hergestellt werden können.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft investiert enorme Anstrengungen in die Entwicklung von Perowskit-Solarzellen. Sie haben ein phänomenales Entwicklungstempo beibehalten und die Erträge (für eine einzelne Zelle im Labor) in nur 10 Jahren von 14 % auf 26 % gesteigert. Solche Fortschritte haben ihre Integration in Tandemsolarzellen mit ultrahohem Wirkungsgrad ermöglicht und den Weg für die Skalierung der Photovoltaiktechnologie auf die Milliarden Watt aufgezeigt, die die Welt zur Dekarbonisierung unserer Energieproduktion benötigt.
Die Kosten für Solarstrom
Die neuen rekordverdächtigen Tandemzellen können zusätzlich 60 % der Sonnenenergie einfangen. Das bedeutet, dass zur Erzeugung der gleichen Energie weniger Module benötigt werden, was die Installationskosten und die für Solarparks erforderliche Land- (oder Dach-) Fläche reduziert.
Das bedeutet auch, dass Kraftwerksbetreiber Solarstrom mit höherem Gewinn produzieren. Aufgrund der Art und Weise, wie die Strompreise im Vereinigten Königreich festgelegt werden, bemerken Verbraucher jedoch möglicherweise nie einen Unterschied in ihren Stromrechnungen. Der wirkliche Unterschied ergibt sich, wenn man Solaranlagen auf Dächern in Betracht zieht, bei denen die Fläche begrenzt ist und der Platz effizient genutzt werden muss.