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Grundlagen

Photovoltaik Wirkungsgrad - das leisten moderne Photovoltaik­anlagen

Der Wirkungsgrad moderner Photovoltaikanlagen ist durch die stetige Optimierung der Zell- und Wechselrichtertechnologie in den letzten Jahren stark gestiegen. Welche Wirkungsgrade aktuell erreicht werden, stellen wir hier vor.

photovoltaik-wirkungsgrad

Anlagenwirkungsgrad / Performance Ratio

Fragt man nach dem Wirkungsgrad von Photovoltaik, so wird einem zumeist der Modulwirkungsgrad genannt. Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage ist allerdings ebenso abhängig vom Wirkungsgrad des Wechselrichters und der Kabel. Auch die tatsächliche Einstrahlung auf eine Photovoltaikanlage, sowie Verschmutzungen und Verschattungen spielen eine Rolle.

Daher hat sich für den Wirkungsgrad einer gesamten Photovoltaikanlage eine weitere Messgröße etabliert: der Performance Ratio. Dieser gibt an wie viel Ertrag eine Anlage im Verhältnis zum maximal möglichen Ertrag tatsächlich erreicht. In der Praxis lässt sich der Performance Ration ermitteln, in dem der am Zähler abgelesene Ertrag durch den nominalen (maximal möglichen) Ertrag der Anlage geteilt wird. Der nominale Ertrag einer Photovoltaikanlage errechnet sich aus der gemessenen Sonneneinstrahlung auf die Photovoltaikanlage, der Anlagengröße und dem Wirkungsgrad der Solarmodule. Insgesamt ergibt sich so ein Anlagenwirkungsgrad, der im Durchschnitt zwischen 65% und 75% Prozent liegt. Besonders effiziente Anlagen erreichen sogar 80%.

Modulwirkungsgrad

Deutlich bekannter als der Performance Ratio ist der Modulwirkungsgrad, der angibt wie viel Prozent der Sonneneinstrahlung die Solarmodule in Strom umwandeln können. Der Modulwirkungsgrad ist abhängig vom Wirkungsgrad der im Modul verwendeten Solarzellen. aber nicht mit ihm gleichzusetzen. Denn neben dem Material der Solarzelle, beeinflusst auch die Größe des Moduls den Modulwirkungsgrad.

Monokristalline Module erreichen einen Modulwirkungsgrad von 18-22%, wohingegen polykristalline Module auf Wirkungsgrade von etwa 15-20% kommen.  

Wirkungsgrad einer Solarzelle

Die Solarzellenforschung kann seit einigen Jahren immer neue Wirkungsgradrekorde für Solarzellen erzielen. Allerdings sind dies zumeist Ergebnisse, die unter Laborbedingungen erzielt wurden. Die realen Wirkungsgrade von in Serie produzierten Modulen sind deutlich niedriger. Aber auch die Wirkungsgrade serienproduzierter Module werden unter den sogenannten STC Bedingungen gemessen. STC bedeutet Standard Test Conditions und meint eine Leistungsmessung bei 1000 Watt Einstrahlung, 25 Grad Zelltemperatur und einer Air Mass von 1,5.

Im folgenden eine Übersicht der Wirkungsgrade der aktuell am meisten verwendeten Zelltechnologien.

ZelltechnologieWirkungSgrad
monokristalline Siliziumzellen18-24%
polykristalline Siliziumzellen15-20%
Dünnschichtzellen6-10%
CIGS-Module15%

Wirkungsgrad des Wechselrichters

Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters ist heutzutage bereits sehr hoch und liegt für Wechselrichter ohne Trafo bei über 98%. Gute Wechselrichter mit Trafo haben aber ebenfalls bereits Wirkungsgrade von etwa 96%. 

Ein Transformator (Trafo) erhöht oder verringert elektrische Spannungen. Hierbei treten geringe Verluste auf. Daher sind die Wirkungsgrade von Wechselrichtern ohne Transformator leicht höher als die Wirkungsgrade von Wechselrichtern mit Transformator. 

Der Wechselrichterwirkungsgrad ist durch das Verhältnis der in Wechselstrom umgewandelten Leistung zu der auf der Gleichstromseite im Wechselrichter eingegangenen Leistung definiert. Da die momentan im Wechselrichter eingehende Leistung jedoch schwankt und von der Sonneneinstrahlung abhängt, ist der Spitzenwirkungsgrad, der den maximalen Wirkungsgrad unter Idealbedingungen angibt, wenig aussagekräftig. Genauer ist der europäische Wirkungsgrad, ein Durchschnittswert, der auch standorttypische Wetterbedingungen berücksichtigt.

Verluste der Verkabelung

Kabelverluste entstehen durch den elektrischen Widerstand im Leitermaterial. Je höher der Widerstand ist, desto mehr Energie wird dort in Form von Wärme abgeführt. Daher hat das gewählte Leitermaterial, der Kabelquerschnitt und die Länge der Kabel Einfluss auf die Kabelverluste.

Wenn die Verkabelung korrekt erfolgt ist, ist mit relativ geringen Verlusten durch die Kabel der Photovoltaikanlage zu rechnen. Bei einer Kabellänge von 10 Metern liegen die Verluste bei etwa 0,24% der Anlagenleistung.

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