Funktionieren Sonnenkollektoren bei Nacht? Die Antwort wird viele überraschen. In diesem Beitrag werfen wir einen genauen Blick auf die Effizienz von Solarmodulen in Hinblick auf die wichtigsten Einflussfaktoren: die Intensität der Sonneneinstrahlung und die Technologie des verwendeten Solarpanels. Im Anschluss des Beitrags wagen wir einen Blick in die Zukunft und schauen uns die Möglichkeiten an, wie Solarpanels auch bei Nacht funktionieren.
Funktionieren Solarpanels bei Nacht?
Solarpanels funktionieren auch bei Nacht, wandeln jedoch nur einen äusserst geringen Stromanteil um. Damit ausreichend Strom für den privaten und industriellen Bereich erzeugt werden kann, ist Mondlicht als Lichtquelle unzureichend. Dementsprechend funktionieren Solarpanels zwar aus technischer Perspektive bei Nacht, liefern jedoch keinen besonders grossen Mehrwert für den Endverbraucher. Aus diesem Grund werden Solarpanels häufig mit Batterien genutzt, um die am Tag erzeugte Energie für die Nacht oder stark bewölkte Tage zu speichern.
Effizienz von Sonnenkollektoren: Tageslicht vs. Solarpanel-Technologie
Wie lässt sich die Effizienz der Solarenergie bestmöglich steigern? Bei Lichteinfall wandelt eine Solarzelle (auch Photovoltaik- bzw. PV-Zelle genannt) Sonnenenergie in Elektrizität um. Dementsprechend kommen 2 Faktoren zum Tragen: die Art des jeweiligen Solarpanels und die Intensität der Sonneneinstrahlung. Die folgenden Abschnitte befassen sich genauer mit den einzelnen Faktoren und ihrem Zusammenspiel.
Tageslicht – wie wird Sonneneinstrahlung gemessen?
Solarpanels benötigen Sonnenlicht, um Energie zu erzeugen. Der Grad der Sonneneinstrahlung wird in Lux angegeben. Die folgende Auflistung gibt einen ersten Überblick über die detaillierten Helligkeitsstufen.
- 120.000 Lux: Hellster Sonnenschein
- 111.000 Lux: Heller Sonnenschein
- 20.000 Lux: Bewölkter Himmel zur Mittagszeit
- 1.000–2.000 Lux: Bedeckter Himmel zur Mittagszeit
- 400 Lux: Sonnenaufgang oder -untergang an einem klaren Tag
- 40 Lux: Vollständig bewölkt bei Sonnenuntergang/Sonnenaufgang
- 0,25 Lux: Vollmond, klarer Nachthimmel
- 0,01 Lux: Viertelmond, klarer Nachthimmel
- 0,002 Lux: Sternenlicht, klarer mondloser Nachthimmel, einschliesslich Nachthimmel-Licht
- 0,0002 Lux: Sternenlicht, klarer mondloser Nachthimmel, ohne Nachthimmel-Licht
- 0.0001 Lux: Sternenlicht, bedeckter mondloser Nachthimmel
Arten von Solarpanels
Solarpanels unterscheiden sich in Material und Verarbeitung. Zu den gängigsten Varianten zählen mono-, polykristalline sowie dünnschichtige Module.
- Monokristalline Panels: Solarmodule, die aus einem einzigen reinen Siliziumkristall in Wafer geschnitten werden.
- Polykristalline Panels: Panels aus verschiedenen Siliziumkristallen.
- Dünnschichtmodule: Panels aus feinen, flexiblen Schichten.
Effizienzverlust in Solarpanels als eine Funktion von Lichteinstrahlung und Solarpanel-Technologie
Die Lichteinstrahlung wirkt sich auf die Leistung der Solarmodule aus. Jedoch können leistungsstärkere Panels eine höhere Effizienz erzielen und somit mehr Strom bei gleichen Bedingungen erzeugen. Die folgende Tabelle liefert eine grobe Abschätzung, wie unterschiedliche Wetterbedingungen die Effizienz Ihrer Solarmodule beeinflussen.
|
Monokristalline Panels |
Polykristalline Panels |
Dünnschicht- module |
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| 120.000 Lux |
Bis zu 22 % Effizienz |
Circa 15 % Effizienz |
Maximum 10 % Effizienz |
| 60.000 Lux |
80-90 % der optimalen Kapazität |
80-90 % der optimalen Kapazität |
80-90 % der optimalen Kapazität |
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20.000 Lux |
60-70 % der optimalen Kapazität |
60-70 % der optimalen Kapazität |
60-70 % der optimalen Kapazität |
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2.000 Lux |
30-50 % der optimalen Kapazität |
30-50 % der optimalen Kapazität |
30-50 % der optimalen Kapazität |
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0.25 Lux |
Bruchteil der optimalen Kapazität |
Bruchteil der optimalen Kapazität |
Bruchteil der optimalen Kapazität |
|
0.01 Lux |
Geringer Bruchteil der optimalen Kapazität |
Geringer Bruchteil der optimalen Kapazität |
Geringer Bruchteil der optimalen Kapazität |
Forschung und neueste Entwicklungen zu Solarmodulen, die im Dunkeln funktionieren
Das grösste Problem von Solarenergie ist bekannt: Solarpanels funktionieren nur, wenn die Sonne scheint. Hiervon sind besonders Menschen in weniger sonnigen Gebieten und bei Nacht betroffen. Doch dieses Problem könnte schon bald behoben werden.
Wissenschaftler der Stanford University arbeiten an einem neuen Solarmodul, das nachts Strom erzeugen kann. Dies ist möglich durch die Tatsache, dass Solarpanels bei Nacht Wärme abgeben.
Die neuen Solarpanels können sich diesen Temperaturunterschied zunutze machen. Hierzu wird ein thermoelektrisches Modul verwendet, um aus dem Temperaturgradienten Strom zu erzeugen. Der Prozess hängt von der thermischen Auslegung des Systems ab, das sowohl über eine heisse als auch eine kalte Seite verfügt.
Auch, wenn dies auf den ersten Blick gute Neuigkeiten sind, stehen wir erst am Anfang, denn der erzeugte Strom beträgt nur 50 Milliwatt pro Quadratmeter. Zum Vergleich: Kommerzielle Solarpanels können tagsüber rund 200 Watt pro Quadratmeter erzeugen. Der praktische Nutzen steht dementsprechend weiterhin infrage.
Häufig gestellte Fragen
Speichern Sonnenkollektoren Energie für den nächtlichen Gebrauch?
Einzelne Sonnenkollektoren verfügen nicht über Speicherkapazitäten, um Energie für den nächtlichen Gebrauch zu lagern. Aus diesem Grund wird eine Batterie benötigt, die den Strom zur späteren Nutzung aufbewahrt. Das Stromfassungsvermögen der Batterien wird in der Kapazität ausgedrückt: je grösser die Kapazität, desto mehr Strom kann gespeichert werden.
Was passiert nachts mit Sonnenkollektoren?
Sonnenkollektoren arbeiten nachts genauso wie tagsüber. Durch die geringe Lichteinstrahlung kann jedoch nur ein geringer Bruchteil in elektrischen Strom umgewandelt werden, der für den täglichen Bedarf vonnöten ist.
Werden Sonnenkollektoren jemals nachts funktionieren?
Wissenschaftler der Standford University arbeiten bereits an einem neuen Solarmodul, das nachts durch den Temperaturunterschied Strom erzeugen kann. Die erzeugte Energie liegt zu diesem Zeitpunkt jedoch nur bei 50 Milliwatt pro Quadratmeter, was einen Bruchteil der benötigten Energie darstellt,
Ist es bereits möglich, die neuen Solarmodule zu kaufen, die nachts arbeiten können?
Nein, zu diesem Zeitpunkt ist es noch nicht möglich, die neuen Solarmodule zu kaufen, da der erzeugte Strom weiterhin zu gering ausfällt. Selbst die Wissenschaftler der Stanford University weisen darauf hin, dass der praktische Nutzen noch nicht feststeht und auch nicht der Grund des Forschungsprojekts war.
Funktionieren Sonnenkollektoren an bewölkten Tagen?
Sonnenkollektoren funktionieren an bewölkten Tagen, verlieren jedoch je nach Wetterbedingung ihre Effizienz. Mehr Informationen zum Verhältnis von Wolken und Umwandlungseffizienz finden sich im Artikel „Funktionieren Solarmodule an bewölkten Tagen? Ja, aber sie verlieren an Effizienz“.