Alles zum Wirkungsgrad von Solarzellen

Bei der Herstellung von Solarzellen wird auf verschiedene Materialien und Technologien zurückgegriffen. Sie bestimmen darüber, welchen Wirkungsgrad die fertigen Solarmodule erzielen. Was der Wirkungsgrad genau besagt und welche Modularten im Vergleich am besten abschneiden, erfahren Sie hier.
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    Das leisten moderne Solarzellen

    Bei der Photovoltaik (PV) erfolgt in Solarzellen die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die sich vor allem hinsichtlich des eingesetzten Halbleitermaterials unterscheiden – und damit auch in ihrem Wirkungsgrad. Alles dazu im Folgenden.

    Unterschiedliche Wirkungsgrade bei verschiedenen Solarzellenarten

    Der Wirkungsgrad einer Solarzelle beschreibt, wie viel Prozent der Sonnenstrahlung in Strom umgewandelt wird. Je höher der Wirkungsgrad, desto effizienter arbeitet eine Solarzelle.

    Monokristalline Solarzellen sind vergleichsweise teuer, weisen der einheitlichen Struktur aber einen hohen Wirkungsgrad auf.

    Bei polykristallinen Solarzellen fällt der Wirkungsgrad zwar geringer aus; dafür sind polykristalline Solarzellen in der Herstellung aber weniger aufwendig, was sie günstiger macht.

    Noch einmal geringer fällt der Wirkungsgrad von amorphen und anorganischen Solarzellen aus, wobei es von den jeweils verwendeten Halbleitermaterialen abhängt, wie effizient die spezifischen Dünnschichtzellen arbeiten. Ihre Herstellung ist im Vergleich am einfachsten und deshalb sind sie besonders kostengünstig.

    Es gibt auch Dünnschichtzellen, die aus organischen Kunststoffen hergestellt werden. Die Solarmodule aus organischen Solarzellen können sehr viele unterschiedliche Ausprägungen annehmen, beispielsweise als transparente biegbare Folien ausgeführt sein. Der Wirkungsgrad ist derzeit noch vergleichsweise niedrig, dafür liefern die organischen Solarzellen aber auch bei schwachem oder unstetem Lichteinfall relativ viel Strom.

    Bei den sich noch in der Entwicklung befindlichen Tandem- oder Hybrid-Solarzellen, die gleich mehrere Spektren des Sonnenlichts zur Stromerzeugung nutzen können, wurden in Laborversuchen bereits sehr hohe Wirkungsgrade erzielt.

    Die Wirkungsgrade von Solarzellenarten im Vergleich

    Die folgende Tabelle führt die derzeit erwartbaren Wirkungsgrade verschiedener Arten von Solarzellen auf:

    SolarzellenartWirkungsgrad
    monokristalline Solarzelle16–24 %
    polykristalline Solarzelle14–20 %
    amorphe Dünnschicht-Solarzelle10–14 %
    organische Dünnschicht-Solarzelleca. 10 %
    Tandem- bzw. Hybridsolarzellemehr als 40 %

    Die angegebenen Effizienzwerte beziehen sich auf Laborbedingungen. Die Wirkungsgrade von Solarzellen, die in konkreten Photovoltaikanlagen eingesetzt werden, liegen etwas niedriger.

    Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls

    Solarmodule setzen sich aus mehreren Solarzellen zusammen, die seriell oder parallel geschaltet sind. Auch Solarmodule besitzen einen spezifischen Wirkungsgrad. Der Modulwirkungsgrad hängt von der Art der verbauten Solarzellen ab, ist allerdings nicht mit deren Wirkungsgrad gleichzusetzen, denn: Abgesehen von den Solarzellen haben auch noch weitere in den Modulen verbaute Elemente (etwa die eingesetzte Antireflexionsschicht) Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad, ferner die konkrete Verschaltung der Solarzellen und die Größe des Solarmoduls.

    Der Wirkungsgrad von Solarzellen hängt von ihrem Aufbau ab

    Solarmodule und Wirkungsgrade: eine Bestenliste

    Der Wirkungsgrad ist für die meisten Interessenten ein wichtiges Kriterium bei der Wahl von PV-Modulen für eine Anlage. Am häufigsten werden derzeit mono- und polykristalline Solarmodule installiert, da sie sehr effizient arbeiten. In bestimmten Fällen kann sich aber auch der Einsatz von Dünnschicht-Solarmodulen besonders lohnen.

    Die Wirkungsgrade gängiger Modultypen in absteigender Reihenfolge:

    • Monokristalline Solarmodule erzielen mit Werten von 14 bis 22 % die besten Wirkungsgrade. Sie kommen vor allem bei kleineren Dachflächen zum Einsatz: Schon mit einer vergleichsweise geringen Modulfläche können hohe Erträge an Solarstrom erzielt werden.
    • Polykristalline Solarmodule erreichen mit 10 bis 18 % etwas geringere Wirkungsgrade und eignen sich deshalb eher für größere Dachflächen.
    • Dünnschichtmodule weisen mit 6 bis 10 % die geringsten Wirkungsgrade auf, sie können diffuses Licht aber besser verwerten als kristalline Solarmodule, was sie für nicht südlich ausgerichtete Dachflächen und weitere spezielle Anwendungsszenarien besonders interessant macht.

    Wirkungsgrad, Nennleistung und tatsächliche Leistung

    Im Produktdatenblatt geben Hersteller meist die Nennleistung eines Solarmoduls in Watt-Peak (Wp) oder Kilowatt-Peak (kWp) an. Die Nennleistung korreliert mit dem Wirkungsgrad. Module, die besonders leistungsstark sind, besitzen demnach einen hohen Wirkungsgrad – und andersherum.

    Gegenüber den Datenblattangaben beeinflussen u. a. folgende Faktoren die tatsächliche Leistung bzw. den Wirkungsgrad von sich im Betrieb befindlichen PV-Modulen:

    • die Ausrichtung und die Neigung der Module
    • die Strahlungsintensität
    • eventuell vorliegende Verschattungen
    • die Luftqualität
    • das Lichtspektrum
    • die Umgebungstemperatur

    Je höher die Sonneneinstrahlung, desto bessere Werte werden erzielt. Bei der Temperatur ist es genau umgekehrt: Je wärmer es wird, desto mehr verringert sich die Leistung der Solarzellen bzw. der Solarmodule. Dank einer guten Belüftung der Photovoltaikmodule können die Verluste jedoch eingegrenzt werden.

    Wirkungsgrad von Solarzellen

    Der Modulwirkungsgrad kann nur ein Auswahlkriterium sein

    Wer sich für die Anschaffung einer Photovoltaikanlage interessiert, sollte nicht ausschließlich die Effizienz der Solarmodule in den Blick nehmen. Generell gilt: Der Wirkungsgrad eines einzelnen Solarmoduls ist immer höher als der Gesamtwirkungsgrad einer Photovoltaikanlage. In die Berechnung von Letzterem fließen die Verluste aller einzelnen Bauteile ein.

    So beeinflussen etwa die Länge und der Querschnitt der Verbindungskabel zwischen den Komponenten den Wirkungsgrad der PV-Anlage. Auch der in der Solaranlage eingesetzte Wechselrichter beeinflusst den Gesamtwirkungsgrad.

    Neben dem Wirkungsgrad der Solarmodule und weiterer Anlagenkomponenten sollten Käufer in der Regel überdies auch noch die Kosten der Solarmodule und die Garantien des Herstellers in die Kaufentscheidung einbeziehen.