in 2 bis 3 Monaten zu ihrer Solaranlage
Der Photovoltaik-Wirkungsgrad ist eine Kennzahl, welche zeigt wie effizient Sonnenlicht in Strom umgewandelt wird. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet mehr Stromproduktion bei gleicher Lichtmenge. In diesem Artikel erfahren Sie, wie der Wirkungsgrad gemessen wird und welche Faktoren ihn beeinflussen.
Der Wirkungsgrad von Solarzellen gibt an, wieviel des einfallenden Sonnenlichts in Strom umgewandelt wird; moderne PV-Module erreichen zwischen 18 und 24 Prozent, mit einem Ziel von mindestens 21 Prozent bei neuen Anlagen.
Die Effizienz einer PV-Anlage wird durch die Performance Ratio gemessen, die Verluste berücksichtigt; eine Ratio von etwa 80 Prozent gilt als sehr gut.
Moderne Technologien wie PERC, HJT und Perowskit-Solarzellen bieten vielversprechende Ansätze zur Steigerung des Wirkungsgrads und könnten zukünftige Effizienzstandards von über 30 Prozent ermöglichen.
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Prozentsatz des einfallenden Sonnenlichts in elektrischen Strom umgewandelt wird. Dieser Wert ist entscheidend für die Effizienz von Solaranlagen. Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Energie kann aus der gleichen Menge Sonnenlicht gewonnen werden, was die Effizienz der gesamten Anlage verbessert.
Moderne PV-Module erreichen folgende Wirkungsgrade:
Zwischen 18 und 24 Prozent
Ein Mindestwert von 21 Prozent wird bei der Planung neuer Photovoltaikanlagen angestrebt
Unter optimalen Bedingungen kann die Effizienz einer einzelnen Solarzelle bis zu 30 bis 40 Prozent betragen
Ein Solarmodul mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent erzeugt unter Standardbedingungen (1.000 W/m² Sonnenstrahlung) etwa 200 Watt elektrische Leistung pro Quadratmeter.
Allerdings gibt es physikalische Grenzen: Der maximale theoretische Wirkungsgrad von Solarzellen liegt bei etwa 30 bis 40 Prozent. Diese Begrenzung ist auf Verluste durch Reflexion, Wärme und andere Faktoren zurückzuführen. Dennoch arbeiten Wissenschaftler kontinuierlich daran, diese Grenzen zu verschieben und neue Technologien zu entwickeln, die noch höhere Wirkungsgrade ermöglichen.
Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird unter sogenannten standard test conditions im Labor ermittelt. Diese Bedingungen umfassen:
Eine Bestrahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter
Eine Zellentemperatur von 25 Grad Celsius
Eine spektrale Verteilung des Sonnenlichts und Licht gemäss AM1.5
Die Berechnung des Wirkungsgrads erfolgt durch das Verhältnis der erzeugten elektrischen Energie zur zugeführten Sonnenenergie, wobei das Formelzeichen Eta (η) verwendet wird.
Diese standardisierten Bedingungen ermöglichen einen Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener Solarmodule und Technologien. Der tatsächliche Wirkungsgrad im Betrieb kann jedoch durch verschiedene Faktoren und Materialien sowie deren Anwendung beeinflusst werden, die im späteren Verlauf dieses Leitfadens näher beleuchtet werden. Schweizer Institute und Unternehmen bieten zudem wertvolle Informationen zu diesen Themen und einen Überblick über den Markt.
Die Art der verwendeten Solarzellen hat einen erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad. Monokristalline Solarzellen beispielsweise:
erreichen Wirkungsgrade von etwa 20 Prozent
können bei hochwertigen Modulen sogar bis zu 24,8 Prozent erreichen
bestehen aus reinem Silizium
sind aufgrund ihrer hohen Effizienz besonders beliebt.
Polykristalline Solarzellen:
sind kostengünstiger in der Herstellung
haben geringere Wirkungsgrade zwischen 14 und 20 Prozent
bestehen aus mehreren Siliziumkristallen, was zu einer geringeren Effizienz führt
stellen dennoch eine wirtschaftlich attraktive Option dar
Dünnschicht-Solarzellen, wie die aus amorphem Silizium, erreichen Wirkungsgrade von etwa 10 Prozent. Trotz ihrer geringeren Effizienz bieten Dünnschichtzellen Vorteile wie Flexibilität und geringere Herstellungskosten. Diese Zellen sind besonders geeignet für Anwendungen, bei denen Gewicht und Flexibilität entscheidend sind.
Moderne Technologien wie Perowskit- und HJT-Solarzellen versprechen jedoch höhere Wirkungsgrade und könnten in Zukunft die Effizienz von Solaranlagen und Zelltechnologien weiter steigern.
Mehrere Faktoren können den Wirkungsgrad von Solarzellen beeinflussen. Eine der grössten Herausforderungen ist die Verschattung, die den Ertrag erheblich reduzieren kann. Selbst kleine Schattenbereiche auf einem Solarmodul können den gesamten Ertrag der Photovoltaikanlage stark mindern. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Ausrichtung der Solarmodule.
Hohe Temperaturen wirken sich negativ auf den Wirkungsgrad aus, da die Effizienz mit steigender Temperatur abnimmt. Daher ist ein gutes Temperaturmanagement entscheidend, um die Leistungsfähigkeit der Solaranlage zu erhalten. Die optimale Ausrichtung der Solarzellen zur Sonne ist ebenfalls von grosser Bedeutung, um die maximale Sonnenstrahlung zu erfassen und die Effizienz zu maximieren.
Verschmutzungen durch Staub, Schmutz und andere Ablagerungen können die Lichtaufnahme der Solarzellen verringern und somit den Wirkungsgrad negativ beeinflussen. Regelmässige Reinigung und Wartung sind daher essenziell, um die Effizienz der Solarmodule langfristig zu gewährleisten.
Der Wirkungsgrad von PV-Modulen nimmt im Laufe der Zeit ab, doch moderne Solarmodule sind darauf ausgelegt, auch nach mehreren Jahrzehnten noch effizient zu arbeiten. Nach 20 Jahren erreichen PV-Module in der Regel noch etwa 90 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung. Diese langfristige Effizienz macht Solaranlagen zu einer lohnenden Investition.
Die jährliche Degradation von PV-Modulen beträgt etwa 0,5 Prozent, was bedeutet, dass die Leistung nach 20 Jahren signifikant beeinträchtigt werden kann. Dennoch bieten monokristalline Solarzellen, die Wirkungsgrade zwischen 20 und 24 Prozent erreichen, eine zuverlässige und langlebige Lösung für private Solaranlagen.
Die Performance Ratio (PR) ist ein Mass für die Effizienz einer gesamten PV-Anlage im Vergleich zum maximal möglichen Ertrag. Sie wird durch den Vergleich des tatsächlichen Ertrags mit dem nominalen Ertrag berechnet, wodurch ein Leistungsvergleich von PV-Anlagen weltweit möglich ist.
Die PR berücksichtigt alle Verluste, einschliesslich der durch Wechselrichter und Verkabelung, und wird durch Faktoren wie Modultemperatur, Sonneneinstrahlung, Verschmutzung und Verschattung beeinflusst. Eine Performance Ratio von etwa 80 Prozent gilt als sehr gut für Photovoltaikanlagen und trägt zum Stromertrag bei.
Diese Kennzahl ist entscheidend, um die tatsächliche Effizienz und Leistungsfähigkeit einer PV-Anlage zu bewerten und Optimierungspotenziale zu identifizieren.
Moderne Technologien bieten vielversprechende Ansätze zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen. Eine dieser Technologien ist die PERC (Passivated Emitter Rear Cell), die durch eine zusätzliche Schicht auf der Rückseite der Solarzelle den Wirkungsgrad verbessert. Diese Technik erhöht die Lichtabsorption und vermindert Verluste.
Die HJT (Heterojunction Technology) kombiniert unterschiedliche Siliziumtypen, was zu höheren Wirkungsgraden und einem besseren Temperaturverhalten führt. Diese Technologie bietet eine hervorragende Leistung unter verschiedenen klimatischen Bedingungen und schafft eine Verbindung zwischen den Vorteilen von monokristallinen und polykristallinen Solarzellen. Durch den speziellen Aufbau der Heterojunction-Zellen wird die Rekombination von Ladungsträgern reduziert, was zu einem höheren Wirkungsgrad und einer verbesserten Langzeitstabilität führt. Zudem sorgt die Kombination verschiedener Siliziumtypen für eine bessere Temperaturbeständigkeit, wodurch die Effizienz auch an heissen Tagen erhalten bleibt. Diese Eigenschaften machen HJT-Solarzellen zu einer vielversprechenden Lösung für den effizienten Einsatz in modernen Photovoltaikanlagen.
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle beschreibt den Anteil des Sonnenlichts, der in elektrischen Solarstrom umgewandelt wird. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass mehr Sonnenenergie effizient genutzt wird.
Der Wirkungsgrad wird unter anderem durch die Art der Solarzellen (z. B. monokristallin, polykristallin, Dünnschicht), die Temperatur, Verschattung, Verschmutzung und die Ausrichtung der Module beeinflusst.
Der Wirkungsgrad wird im Labor unter standardisierten Bedingungen, den sogenannten Standard Test Conditions (STC), gemessen. Diese Bedingungen umfassen eine Einstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter, eine Zelltemperatur von 25 °C und eine spektrale Verteilung des Sonnenlichts gemäss AM1.5.
Physikalische Grenzen, wie die Shockley-Queisser-Grenze, begrenzen den maximal möglichen Wirkungsgrad von Solarzellen auf etwa 30 bis 40 Prozent. Verluste durch Reflexion, Wärme und andere Faktoren verhindern eine vollständige Umwandlung der Sonnenenergie.
Neben der Wahl von Solarmodulen mit hohem Wirkungsgrad können regelmässige Reinigung, optimale Ausrichtung, Vermeidung von Verschattung und der Einsatz moderner Wechselrichter die Effizienz Ihrer Anlage erhöhen.
PV-Module verlieren im Laufe der Jahre an Leistung, die sogenannte Degradation. Nach 20 Jahren erreichen moderne Module meist noch etwa 90 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung.
Diese Technologien bieten das Potenzial, den Wirkungsgrad deutlich zu steigern, teilweise über die derzeitigen physikalischen Grenzen hinaus. Sie befinden sich jedoch noch in der Entwicklung und sind noch nicht breit kommerziell verfügbar.
Diverse schweizer Institute und Unternehmen bieten umfangreiche Informationen und aktuelle Forschungsergebnisse rund um den Wirkungsgrad von Solarzellen und Photovoltaik, ausserdem finden Sie regelmässig neue Informationen zum Thema in unserem Blog.
