So schützt man Solarzellen vor Schäden durch Schatten
Ist ein Teil der Solarzelle in der Sonne und ein Teil im Schatten, erzeugt dies einen Spannungsunterschied. Im schlimmsten Fall zerstört er die Solarzelle.
Ist ein Teil der Zelle in der Sonne und ein Teil im Schatten, entstehen Spannungsunterschiede. | Bild: Fotolia/Tamara Kulikova
In weniger als zehn Jahren haben sich die Perowskite in der Solarzellenforschung etabliert. Forschende in den USA, Korea oder der Schweiz befassen sich mit dieser Materialfamilie, die eine Kristallstruktur aufweist. Die Technologie macht rasante Fortschritte: Die Stabilität der Sonnenkollektoren ist von wenigen Stunden auf über 40 Tage gestiegen. Der Wirkungsgrad hat sich von 4 auf über 22 Prozent verfünffacht.
Luca Bertoluzzi erforscht die Grenzenvon Perowskit-Solarpanels unter spezifischen Bedingungen. Zum Beispiel, wie gut sie Spannungsunterschiede tolerieren, wenn ein Teil des Panels in der Sonne und ein anderer Teil im Schatten ist. Solarpanels bestehen aus einzelnen Zellen, die nicht zu jeder Zeit dieselbe Leistung erzeugen. Dies kann für Module aus Perowskit oder dem üblicherweise verwendeten Silizium problematisch sein: «Die Zellen im Schatten verhalten sich dann wie eine Staumauer, die den Strom blockiert, der durch die sonnenexponierten Zellen erzeugt wird», erklärt der Forscher. «Wenn der Spannungsunterschied eine gewisse Schwelle überschreitet, kann die Staumauer überflutet und beschädigt werden.»
Silizium übersteht Spannungsunterschiede von mehr als 10 Volt schadlos. Perowskit-Prototypen tolerieren lediglich 1 bis 4 Volt, gewinnen ihre Eigenschaften aber nach einem solchen Ereignis teilweise zurück. Falls der Zustand lang anhält oder wiederkehrt, akkumulieren sich die Schäden. Das hat Leistungseinbussen zur Folge und zerstört schliesslich die Zelle.
«Es wäre ideal, wenn wir genau verstehen würden, was auf chemischer Ebene abläuft, damit wir widerstandsfähigere Perowskite entwickeln können», sagt Bertoluzzi, Postdoc an der Universität Stanford. Gemeinsam mit der Doktorandin Andrea Bowring hat er weitere mögliche Lösungen identifiziert: «Man könnte Schaltungen entwickeln, die den Stromüberschuss umleiten – oder die Panels so aufstellen, dass die Bestrahlungsunterschiede möglichst gering sind.»
Lionel Pousaz
