Altern Solarzellen? Warum und wie?

Wie ich gehört habe, beträgt die Lebenserwartung von Photovoltaikzellen normalerweise einige Jahrzehnte. Dies ist sehr langwierig, da sich die hohen Kosten erheblich (negativ) auf die Gesamtkosten auswirken.

Warum altern sie? Ich sehe die einzige Möglichkeit, die ihre Atomstruktur schädigen könnte, und dies ist das sehr hochenergetische ultraviolette (oder sogar weiche Röntgen) Photonenspektrum der Sonne (das nur einen kleinen Teil ihrer Leistung ausmacht).

Und ich denke, diese Photonen könnten möglicherweise leicht durch eine transparente Kunststoffschicht über dem Silizium herausgefiltert werden.

Warum altern die Solarzellen und was passiert in ihnen auf atomarer Ebene?

Das National Renewable Energy Lab (NREL) schätzt, dass Solarmodule jährlich um 0,4% bis 1% schlechter werden. Ich weiß nicht, wie die chemische Wirkung hier ist (das elektrische Ergebnis ist eine Erhöhung des Serienwiderstands der PV-Zellen), aber die langfristige Verschlechterung der Panels ist mit der UV-Exposition korreliert. Obwohl die UV-Strahlen das PV-Material schädigen, enthalten sie Energie, die wir sammeln möchten, sodass Sie diese nicht vollständig herausfiltern können, ohne den Zweck des Panels zu beeinträchtigen.

Andere Ursachen für den Abbau sind meist witterungsbedingt, jedoch in Form mechanischer Beanspruchungen des Systems. Alles, was vom Wind bis zum Schneefall reicht, kann die Paneele beschädigen, indem die Paneele gebogen werden, wodurch geringfügige Risse in den Solarzellen und eingebetteten elektrischen Verbindungen entstehen. Andere Faktoren in einem verschlechterten PV-Modul sind Korrosion oder die Lebensdauer der unterstützenden elektrischen Geräte, die für die Aufrechterhaltung eines funktionierenden Systems erforderlich sind (diese anderen Geräte haben möglicherweise eine kürzere Lebensdauer als das Modul. Wenn sie teuer genug sind, ist das System nicht mehr nachhaltig finanziell im Vergleich zum Austausch des gesamten Paneelsystems).

Quelle: http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/7475/What-Is-the-Lifespan-of-a-Solar-Panel.aspx (Siehe den Link Read More für den NREL-Bericht)

Beachten Sie, dass PN-Übergänge in erster Linie durch Diffusion von Verunreinigungen (Dotierstoffen) in das Silizium bei erhöhten Temperaturen (1000 - 1500 K) erzeugt werden. Der Wirkungsgrad des Übergangs hängt davon ab, wie stark sich die Dotierstoffkonzentration am Übergang (sein Gradient) ändert.

Bei niedrigeren Temperaturen, wie z. B. denen, denen eine Solaranlage ausgesetzt ist (z. B. 270 - 330 K), ist die Diffusion sehr viel langsamer, hört jedoch nicht vollständig auf. Bei ausreichender Zeit werden die Dotierungsgradienten weniger steil, was die Wirksamkeit des PN-Übergangs verringert. Über einen extrem langen Zeitraum (Jahrtausende) werden Halbleiterbauelemente nicht mehr funktionieren, da ihre Übergänge vollständig verschwinden.

Aus einem anderen Blickwinkel ist meine Erfahrung mit Solarzellen eher weltraumbasiert als terrestrisch. Die größten Ursachen für den Abbau weltraumgestützter Solarzellen sind Partikelstrahlung und Auswirkungen von Trümmerteilen auf die Umlaufbahn. Die Teilchenstrahlung verschlechtert sich durch Abnutzung der Verbindungsstelle, und die Trümmer der Umlaufbahn verschlechtern sich hauptsächlich durch Erhöhen des inneren Serienwiderstands der Zellen. Da es keine Luft zum Kühlen der Zellen gibt, kann das Erhitzen mit umgekehrter Vorspannung auch ein ernstes Problem sein, wenn ein Solar-Array teilweise von einer anderen Struktur beschattet wird.