Photovoltaik Wirkungsgrad – Wie effizient sind moderne Solarzellen?

Der Wirkungsgrad gibt an, wie effizient eine Solarzelle bzw. ein Solarmodul das einfallende Sonnenlicht in nutzbaren Solarstrom umwandeln kann. Welche Werte für PV-Module üblich sind und was den Wirkungsgrad von Solarzellen beeinflusst, erfahren Sie in diesem Artikel.

Überblick: Wirkungsgrad Photovoltaik

• Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen einfallendem Sonnenlicht und Stromertrag.
• Moderne, monokristalline Solarmodule erreichen einen Wirkungsgrad von 21 bis 23 %.
• Faktoren wie die Verschattung und Ausrichtung der Solaranlage sowie die Temperatur beeinflussen den tatsächlichen Modulwirkungsgrad.
• Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr kostengünstigen Strom kann die Solaranlage produzieren.
• Nach 20 Jahren Laufzeit garantieren die meisten Hersteller noch über 85 % der ursprünglichen Leistung des Moduls.

Was sagt der Photovoltaik Wirkungsgrad aus?

Wenn im Bereich Photovoltaik über den Wirkungsgrad gesprochen wird, ist damit meist der Wirkungsgrad der Solarzellen bzw. des Solarmoduls gemeint. Dieser gibt an, wie viel Prozent der einfallenden Sonneneinstrahlung die Solarzelle in nutzbaren Solarstrom umwandeln kann. Dementsprechend kann der Wirkungsgrad auch als Maß für die Effizienz der Solarzelle bzw. des Moduls verstanden werden.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle?

Der Wirkungsgrad eine Solarzelle hängt maßgeblich vom Herstellungsverfahren sowie der Qualität der eingesetzten Materialien ab. Bei Modulen mit monokristallinen Solarzellen liegt der Wirkungsgrad beispielsweise zwischen 20 und 23 %, während er bei polykristallinen Solarzellen eher zwischen 17 und 20 % liegt. Dünnschicht-Solarzellen, die wegen ihres günstigen Preises oft bei großen Freiflächen-Anlagen zum Einsatz kommen, haben sogar nur einen Wirkungsgrad von knapp 10 %.

Zelltechnologie	Wirkungsgrad
monokristalline Solarzellen	20 – 23 %
Polykristalline Solarzellen	17 – 20 %
Dünnschicht-Solarzellen	6-10 %
CIGS-Module	15 %

Warum ist der Wirkungsgrad von Solarzellen so gering?

Nach Jahrzehnten der Photovoltaik-Forschung erreichen selbst die besten Solarmodule maximal einen Wirkungsgrad von 23 %. Der Grund dafür ist, dass nur etwa ein Drittel der elektromagnetischen Sonneneinstrahlung überhaupt zur Produktion von Solarstrom genutzt werden kann. Entsprechend gilt ein Wirkungsgrad von über 30 % bei kristallinen Solarzellen – zumindest in der Theorie – als unmöglich.

Gleichzeitig arbeiten Forscher und Forscherinnen weltweit daran, Solarzellen mit anderen Materialien oder neuen Technologien herzustellen, um einen immer höheren Wirkungsgrad zu erzielen. Wann diese neuen und möglicherweise effizientere Solarzellen Marktreife erreichen, ist jedoch noch ungewiss.

Wie wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle ermittelt?

Der genaue Wirkungsgrad von Solarzellen wird im Labor unter sogenannten Standard Test Conditions (Zelltemperatur von 25 °C, Strahlungsstärke von 1.000 Watt/m², Air Mass von 1,5) ermittelt. Dazu wird das PV-Modul so lange mit Licht bestrahlt, bis es den Punkt seiner maximalen Leistung erreicht hat. Die dabei gemessen Energie wird nun durch die eingesetzte „Sonnenenergie“ dividiert, woraus sich letztlich der Wirkungsgrad der verbauten Solarzellen ergibt.

Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?

Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls wird in der Regel im Datenblatt des Herstellers ausgewiesen. Allerdings handelt es sich dabei um den Wert, den das Modul unter Laborbedingungen erreicht hat. In der Realität wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle jedoch von diversen Faktoren wie der Ausrichtung oder der Verschattung der PV-Anlage beeinflusst.

• Die richtige Ausrichtung und Neigung der Solarmodule ist entscheidend für eine möglichst hohe Leistung der PV-Anlage. Ideal ist eine nach Süden ausgerichtete Anlage, bei der das Sonnenlicht in einem 90 Grad Winkel auf die Solarzellen fällt.
• Durch Verschattung sinkt der Wirkungsgrad, da in diesem Fall weniger Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft. Daher ist es ratsam, schattenwerfende Objekte wie Bäume oder den Schornstein bei der Planung der PV-Anlage zu berücksichtigen.
• Der Wirkungsgrad von Solarzellen sinkt mit zunehmender Temperatur. Für die Effizienz von PV-Anlagen sind bewölkte Tage sowie Betriebstemperaturen von 25 °C ideal; an sonnigen Tagen kann die Modultemperatur jedoch auch mal auf bis zu 85 °C ansteigen.
• Eine regelmäßige Wartung sowie Reinigung der Module hat ebenfalls eine positive Auswirkung auf den Wirkungsgrad, da in diesem Fall mehr Sonnenlicht direkt auf die Solarzellen trifft.

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters

Neben dem Modulwirkungsgrad ist auch der Wirkungsgrad des Wechselrichters entscheidend für die Effizienz einer Photovoltaikanlage. Moderne Wechselrichter erreichen hier Werte zwischen 96 und 98 %, mit anderen Worten wandeln sie den produzierten Gleichstrom also fast verlustfrei um.

Wie hoch ist der Wirkungsgrad nach 20 Jahren?

Solaranlagen liefern über mehrere Jahrzehnte hinweg kostenlosen Strom vom eigenen Hausdach. Allerdings nimmt die Leistung der Solarmodule und damit auch die Leistung der gesamten PV-Anlage über die Jahre natürlich ab. Diese sogenannte Degradation ist ganz natürlich und wird von den meisten Herstellern in ihren Garantiebedingungen berücksichtigt. In der Regel werden hier nach 20 Jahren noch mindestens 85 % der ursprünglichen Leistung der Solarzellen garantiert.

Performance Ratio: Wirkungsgrad der gesamten PV-Anlage

Neben dem Wirkungsgrad von Solarzellen gibt es noch einen weiteren Wert, welcher die Effizienz einer gesamten Photovoltaikanlage beschreibt: die Performance Ratio. Diese gibt an, wie viel Energie eine PV-Anlage im Verhältnis zum maximal möglichen Ertrag tatsächlich produziert. In der Praxis liegt der Anlagenwirkungsgrad im Durchschnitt zwischen 65 und 75 Prozent liegt. Besonders effiziente Photovoltaikanlagen erreichen sogar Werte von bis zu 80 %.

22,8 % Wirkungsgrad – das Aiko Neostar 2S+ bei Wegatech

Wir von Wegatech setzen bei der Planung Ihrer Solaranlage auf Module mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigem Preis. So können wir sicherstellen, dass Sie so viel Solarenergie wie möglich produzieren und sich Ihre Anlage schnell amortisiert.

Fazit: Der Wirkungsgrad ist wichtig, aber nicht alles

Der Wirkungsgrad der Solarzellen ist enorm wichtig für die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage. Schließlich gilt: Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Sonnenlicht können die Solarzellen in Strom umwandeln. Allerdings ist die Effizienz nicht das einzig wichtige Kriterium beim Vergleich verschiedener Solarmodule. Mindestens genauso entscheidend sind Faktoren wie die Leistung, der Temperaturkoeffizient oder die Herstellergarantie. Trotzdem sollten Sie bei der Planung Ihrer Photovoltaikanlage möglichst auf Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von 21 % oder mehr setzen.

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