Solarenergie

[Hades]

Ja, bei wolkenfreiem Himmel, am Mittag, wenn du das teure High-Tech-Panel senkrecht zur Einfallrichtung der Sonne hältst.

Oh, da hast du die Frage aber nicht verstanden

Also jetzt die Frage. Die Frage ist wirklich simpel, und zwar SO simpel, dass man stundenlang danach googeln kann, ohne auch nur einen Anhaltspunkt zu einer Antwort zu finden. Größtenteils weil auf sogenannten "Informationsseiten" fixe Zahlen verwendet werden, die mir in etwa so viel bringen:
Nun endlich die Frage: was ist die maximale (also wirklich die maximale) Stromerzeugung einer Photovoltaikzelle pro m² ?
Wer jetzt sagt: "Ja das hängt von der Effizienz ab." hat die Frage ganz einfach nicht verstanden.

Weiß ja nicht ob man das dann noch vereinfach soll. :P

Da kann ich auch gleich nah der maximalen Leistung eines Verbrennungsmotors fragen ohne Treibstoff (OKtanwert), Luftzufuhr oder Hubraum vorzugeben

[Bynaus]

300W pro m² (in Deutschland)

Ja, bei wolkenfreiem Himmel, am Mittag, wenn du das teure High-Tech-Panel senkrecht zur Einfallrichtung der Sonne hältst.

Alle Solarzellen produzieren Strom (Photovoltaik), Solaranlagen / -kollektoren sind in der Regel die Wassererwärmer, auch wenn das tatsächlich oft verwechselt wird. Panel kann sowohl eine Solarzelle als auch einen Reflektor (Solarthermie) meinen.

Die Antwort auf die eigentliche Frage wurde hier schon gegeben: Ja, es gibt ein Maximum an möglicher Leistung einer Solarzelle. Der Wert des Maximums (maximale Leistung W/m^2 oder W/kg) sind abhängig von der spezifischen Technologie, die eingesetzt wird, etwa dem Material oder der Umgebungstemperatur. Es gibt auch die manchmal etwas übersehene "concentrated solar photovoltaics" (-> googeln) Technologie, wo man Sonnenlicht mit Spiegeln auf Solarzellen konzentriert, die dann bei höherer Temperatur / höherer Lichtleistung eine bessere Effizienz erreichen als bei "normaler" Beleuchtung.

Natürlich versucht man normalerweise, die Solarzellen für Hausdächer so zu bauen, dass sie ihre maximale Leistung bei 25°C Umgebungstemperatur und ca. 1000 Watt einfallender Leistung erreichen. Und gleichzeitig günstig und langlebig sind.

[Hades]

Danke das man mein recherchierten Beitrag gleich mal komplett übergeht.

1000W pro m² ist der Übliche Wert für Deutschland und 30% der heute übliche Wirkungsgrad. Wenn dir also möglichst Variablenfreie Angaben gefallen: 300W pro m² (in Deutschland)

Wenn du bessere Zahlen haben willst musst du schon mit mehr Daten raus rücken wo du hin willst mit den Dingern.

[Traumdoyle]

Schon terrestrische Solarzellen können zur Mittagszeit Temperaturen zwischen 30 und 60 °C erreichen, wenn du hier die Strahlungsstärke erhöhst, bekommst du auch entsprechend höhere Betriebstemperaturen.

*Kopf kratz* Also ich hab jetzt so aus dem Stegreif (Exkurs: Das Wort ist der Steg-reif, also der Steigbügel des Reiters) die Quelle nicht parat, aber haben die Panele der ISS nicht eine Temperatur bis 200 Celsius? Müsste ich kurz nachschlagen.

Edit: Ja ok vielleicht waren die 200 Grad eher in Fahrenheit, denn der Link hier: http://www.astronews.com/frag/antwor...frage3203.html spricht von 121 Celsius. Wenn das auch stimmt.

[Enas Yorl]

Das hatte ich befürchtet. Gibt es zumindest einen ungefähren Wert? Vielleicht 1 KW pro m²? Oder 2 KW? 2 KW wären bei einer Effizienz von 50 % bereits 4 KW Einstrahlung, ist daher wieder fraglich, wann denn die Zelle zu schmelzen beginng, respektive kaputt geht.

Das weiß ich nicht, du kannst ja mal nach Leistungsdaten von Solarpanellen für Satelliten suchen. Aber ich nehmen an, das man eher ein thermisches Problem bekommt, als das man den Halbleiter mit Photonen sättigt.
Schon terrestrische Solarzellen können zur Mittagszeit Temperaturen zwischen 30 und 60 °C erreichen, wenn du hier die Strahlungsstärke erhöhst, bekommst du auch entsprechend höhere Betriebstemperaturen.

[Traumdoyle]

Da wirst du keinen allgemeingültigen Wert finden

Das hatte ich befürchtet. Gibt es zumindest einen ungefähren Wert? Vielleicht 1 KW pro m²? Oder 2 KW? 2 KW wären bei einer Effizienz von 50 % bereits 4 KW Einstrahlung, ist daher wieder fraglich, wann denn die Zelle zu schmelzen beginng, respektive kaputt geht.

[Enas Yorl]

Ausgezeichnet. Und wie hoch ist der Wert? Gibt es dafür eine Quelle?

Da wirst du keinen allgemeingültigen Wert finden, die Leistungsgrenze wird hier von den Eigenschaften des jeweiligen p-n-Halbleiters definiert. Und hier gibt es schon bei Silizium-Solarzellen eine Vielzahl unterschiedlicher Typen (Monokristallin, Polykristallin, Amorph, etc.), von Dünnschichtzellen, Organischen Solarzellen, Grätzel-Zelle & Co ganz zu schweigen.
Es ist auch nicht gerade üblich, solche Werte im Datenblatt kommerzieller Solarzellen anzugeben, da hier der Anwendungsbereich die max. Lichtstärke limitiert.

[Wolf4310]

Oft (z.B. in meinem Thread) gehen diese Bemerkungen in reine Haarspalterei über und ich hab beim besten Willen für so Kleinigkeiten weder die Zeit, noch die Nerven.

Wenn du für Haarspalterreien keine Zeit/Nerven hast, warum fängst du dann damit an, indem du erstmal Unsinn behauptest wie Photovoltaik wäre keine Solarenergie und mit Solarzellen machen Wasser warm, statt einfach nur deine Frage zu stellen?

[Traumdoyle]

*Seufz* Ja worauf willst du jetzt eigentlich hinaus? Natürlich ist es "Solarenergie", weil die Energie der Sonne (Sol) benutzt wird. Und es macht trotzdem einen Unterschied, ob man hinterher Strom oder heißes Wasser hat. Welche Begriffe du dafür verwendest, das ist mir letzten Endes auch egal. Wirklich. Ich hab den Unterschied genannt, wenn man jetzt damit ein schwerwiegendes Problem hat, dafür gibt es Therapeuten.
Hier (Thread und Forum an sich) werden ganze Beiträge geschrieben, nur um sich mit irrelevanten Begrifflichkeiten aufzuhalten, das geht manchmal über Seiten; und mit dem Thema hat das nix mehr zu tun. Manchmal weniger als nix.
Ich weiß, ich kling genervt, aber das gibt es hier in fast jedem Thread. In einem Thread in diesem Unterforum wurde auch mal erwähnt, dass Person X erst mal seinen / ihren Rausch ausschlafen soll, bevor er / sie weiterschreiben soll. Alkohol war übrigens nicht Thema des Threads
Oft (z.B. in meinem Thread) gehen diese Bemerkungen in reine Haarspalterei über und ich hab beim besten Willen für so Kleinigkeiten weder die Zeit, noch die Nerven. Vor Allem nicht die Nerven. Ich kann nicht auf jede Meinung eingehen, die ein Minimalproblem nennt. Oder erzeugt. Meistens das Letztere

[Wolf4310]

Und ob man die jetzt Zellen, Anlagen oder Rohre nennt, macht einen rein semantischen Unterschied.

Genausogut könnte man sagen, ob man Werkzeug jetzt Schraubendreher, Schraubenschlüssel oder Zange nennt, macht einen rein semantischen Unterschied.
Wäre aber genauso falsch.
Solarzelle ist ein Synonym für Photovoltaik.
Und auch wenn die Solaranlagen deines Onkels keinen Strom erzeugen, nutzen sie ebenso wie Solarzellen, Solarenergie.

[Traumdoyle]

Ja. [...]Ist der Prozess durch Photonen gesättigt, hat er seine maximale Reaktion erreicht.

Ausgezeichnet. Und wie hoch ist der Wert? Gibt es dafür eine Quelle?

- - - Aktualisiert - - -

Eigentlich ist Solarenergie der Oberbegriff für beides, sowohl für den Strom als auch die Sache mit dem warmen Wasser.

Na gut, man sollte schon unterscheiden. Mein Onkel verkauft Solaranlagen und die erzeugen definitivst (Neologismus) keinen Strom. Wenn du nen Wasserkocher benutzt, ist es auch wichtig, ob du heißes Wasser damit herstellst, oder vorher heißes Wasser dafür brauchst
Und ob man die jetzt Zellen, Anlagen oder Rohre nennt, macht einen rein semantischen Unterschied.

[Spocky]

Odin zum Gruße, und frohes 2015!
Meine Frage bezieht sich einzig und allein auf Photovoltaik. Falls jemandem der Unterschied zu Solarenergie gerade nicht geläufig ist: Solarzellen machen warmes Wasser (oder was auch immer man gewärmt haben möchte), Photovoltaikzellen erzeugen Strom.

Eigentlich ist Solarenergie der Oberbegriff für beides, sowohl für den Strom als auch die Sache mit dem warmen Wasser.

Für das warme Wasser brauchst du zum Zeil auch keine "Zellen", dafür reicht schon ein schwarzer Schlauch auf dem Dach oder eine oberflächliche Wasserleitung in der Wüste. Als ich damals mit Y-Reisen auf Wüstenmanöver war, hatten wir dadurch tagsüber kein kaltes Wasser in der Dusche, also wenn man sich abkühlen wollte, dann hatte man einfach Pech

[Enas Yorl]

Was wäre dann? Hat die Zelle ein Maximum an irgendwie möglicher Leistung?

Ja. Eine Solarzelle ist ein Halbleiter mit zwei Bereichen mit entgegengesetzter Dotierung (p-n-Übergang). Die Photonen lösen Elektronen von dem Silizium der Grenzschicht zwischen beiden Bereichen. Diese werden zum n-Halbleiter beschleunigt, und erzeugen dort einen Elektronenüberschuss. Gleichzeitig werden Elektronen aus der, auf der Unterseite des p-Halbleiters angebrachten, Kontaktschicht abgesaugt um nach Diffusion durch den p-Halbleiter das entstandene Elektronendefizit in der Grenzschicht abzubauen.
Dieser Prozess lässt sich nicht durch mehr Photonen beliebig steigern. Da die Grenzschicht die zur Ladungstrennung durch die Photonen dient, endlich ist. Ist der Prozess durch Photonen gesättigt, hat er seine maximale Reaktion erreicht.

Hinzu kommen auch noch thermische Effekte, beim lösen des Elektrons von dem Sililziumatom wird ein Teil der Energie des Photons als Wärme umgesetzt. Gleichzeitig wird durch den elektrischen Widerstand des Halbleiters, durch den erzeugten Elektronenfluss zusätzliche Wärme erzeugt. Und natürlich ist die zerstörungsfreie Betriebstemperatur einer Solarzelle endlich.

[Hades]

Solarzellen machen warmes Wasser (oder was auch immer man gewärmt haben möchte), Photovoltaikzellen erzeugen Strom. Genaugenommen Gleichstrom

Jain, Solarzellen nennt man soweit ich weiß das nicht was "warmes Wasser" macht, das funktioniert mit Spiegeln die das Licht Bündeln und dann Wasser, manchmal auch andere Medien erwärmen. Das nennt man dann Solarthermie bzw. Photothermik

Nun endlich die Frage: was ist die maximale (also wirklich die maximale) Stromerzeugung einer Photovoltaikzelle pro m² ?
Wer jetzt sagt: "Ja das hängt von der Effizienz ab." hat die Frage ganz einfach nicht verstanden. Das kann man ja ganz simpel mathematisch beweisen. Sogar ich
Bestrahlung 100 Watt pro Quadratmeter, 10 % Effizienz: 10 Watt Leistung.
Bestrahlung 1000 Watt pro Quadratmeter, 10 % Effizienz: 100 Watt. Hui, also ist das "Maximum" jetzt plötzlich um 900 % gestiegen.

Damit hast du deine Frage mehr oder wenig schon selbst beantwortet. Und auch wieder nicht. Ohne Effizienz geht's nicht. Denn selbst wenn wir jetzt die Sonnenstrahlung in ihrer vollen Leuchtkraft in Watt pro Fläche nehmen verliert die beste Photozelle trotzdem etwas. Wobei am ehsten die Frage sein wird wann die Zelle einfach schmelzen wird weil es zu heiß ist. Also ist die Frage nicht so einfach wie du dir die Sache denkst. Was wir bräuchten wären dann nämlich trotzdem:

- Wirkungsgrad
- Fläche der Zelle
- Leuchtkraft (abhängig vom Abstand zu Sonne)
- (Temperaturmaximum des Materials)

So hätte z.B. die Selbe Solarzelle auf/um die Venus die doppelte Leistung wie auf/um die Erde.

EDIT:

Für Solarzellen ergibt sich aus den genutzten Materialien eine physikalische Begrenzung des maximal erzielbaren Wirkungsgrades. Dies gilt für alle Energiewandler. Bei einer Solarzelle wird er durch die Bandlücke des verwendeten Werkstoffs begrenzt, da nicht alle Photonen absorbiert werden. Bei einem Halbleiter, der über eine feste Bandlücke verfügt, liegt daher der theoretisch maximale Wirkungsgrad bei circa 33 %. Es werden aber zunehmend auch Multibandsysteme, wie sie in Tandemzellen umgesetzt werden, untersucht. Theoretisch könnte hier der Wirkungsgrad auf über 80 % gesteigert werden.

Also würdest du bei durchschnitts-deutschen Bedingungen mit einer realistischen Anlage auf 300 Watt pro m² kommen. Also rechne es dir auf eine Zelle deiner Wunschgröße herunter.

[Traumdoyle]

Odin zum Gruße, und frohes 2015!
Meine Frage bezieht sich einzig und allein auf Photovoltaik. Falls jemandem der Unterschied zu Solarenergie gerade nicht geläufig ist: Solarzellen machen warmes Wasser (oder was auch immer man gewärmt haben möchte), Photovoltaikzellen erzeugen Strom. Genaugenommen Gleichstrom (Photovoltaikanlage: Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom).

Also jetzt die Frage. Die Frage ist wirklich simpel, und zwar SO simpel, dass man stundenlang danach googeln kann, ohne auch nur einen Anhaltspunkt zu einer Antwort zu finden. Größtenteils weil auf sogenannten "Informationsseiten" fixe Zahlen verwendet werden, die mir in etwa so viel bringen:
Nun endlich die Frage: was ist die maximale (also wirklich die maximale) Stromerzeugung einer Photovoltaikzelle pro m² ?
Wer jetzt sagt: "Ja das hängt von der Effizienz ab." hat die Frage ganz einfach nicht verstanden. Das kann man ja ganz simpel mathematisch beweisen. Sogar ich
Bestrahlung 100 Watt pro Quadratmeter, 10 % Effizienz: 10 Watt Leistung.
Bestrahlung 1000 Watt pro Quadratmeter, 10 % Effizienz: 100 Watt. Hui, also ist das "Maximum" jetzt plötzlich um 900 % gestiegen.
Soll so viel heißen wie: wenn von der Sonne jetzt plötzlich statt 1400 Watt pro m² (in Erdnähe) sagen wir 2800 Watt pro m² auf der Zelle ankommen würden. Z.B. in dem man näher an den Stern ranfliegt, oder einen großen Stern anfliegt. So am besten gleich UY Scuti lol.
Was wäre dann? Hat die Zelle ein Maximum an irgendwie möglicher Leistung?
Des Weiteren ist mir natürlich klar, dass die X Watt, die auf die Zelle treffen, auch nicht so hoch sein dürfen, dass die Zelle schmilzt.
Eine noch erweiterte Formulierung der Frage wäre das hier: hat die (zumindest derzeitige) Technik der Photovoltaikzellen ein technisches Maximum an Output, das auch durch Erhöhung der Einstrahlung oder durch Erhöhung der Effizienz (in %) nicht verändert werden kann? Weil nicht mehr Strom durch dat olle Teil fließen kann, oder warum auch immer. (Der Preis respektive die Wirtschaftlichkeit dieser potenziellen Anlage ist hier irrelevant. Geht erst mal nur um Theorie.)
Danke fürs Lesen, und morgen ein fröhliches Perihelion