Wirkungsgrad bei Photovoltaik

Der Wirkungsgrad beschreibt, wie gut eine Solarzelle oder ein Solarmodul das einfallende Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandelt. Sprich, wenn du eine Photovoltaikanlage auf deinem Dach installiert hast, gibt der Wirkungsgrad an, wie viel Prozent des Lichts tatsächlich in elektrische Energie übergeht.

1. Warum ist ein hoher Wirkungsgrad wichtig?
2. Effizienz von modernen Solarmodulen
3. Warum ist der Wirkungsgrad von Solarzellen so gering?
4. Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?
5. Wirkungsgrad der gesamten Anlage
6. Fazit

Warum ist ein hoher Wirkungsgrad wichtig?

Ein hoher Wirkungsgrad deiner PV-Anlage ist wichtig, denn je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Strom kannst du auf der gleichen Dachfläche erzeugen. Insbesondere bei kleinen Dächern oder Teilanlagen ist dies ein Vorteil. Ein besserer Wirkungsgrad kann zudem langfristig deine Amortisationszeit verkürzen, weil du mehr „Ertrag pro Fläche“ bekommst.

Nichtsdestotrotz, der Wirkungsgrad an sich ist nicht alles. Ausrichtung, Neigung, Verschattung, Temperatur und Systemverluste spielen ebenfalls eine große Rolle und beeinflussen den tatsächlichen Wirkungsgrad des Moduls und somit wie viel Strom du erzeugst.

Effizienz von modernen Solarmodulen

Bei modernen Solarmodulen für Wohnhäuser liegt der Wirkungsgrad aktuell meist zwischen 20 % und 25 %. Im Labor wurden bereits höhere Werte gemessen. Laut eines Berichts des Fraunhofer-Instituts lag der Wirkungswert von Wafer-Silizium Solarmodulen im Labor sogar bei etwa 27,4 %. Das Solarmodul Astro N7s Solarmodul, das heimWatt verbaut, erreicht einen sehr guten Wirkungsgrad von 23,3 %. Es überzeugt zudem durch seine Leistungsgarantie und Leistungstoleranz. Für ältere Modultechnologien oder dünnschichtige Varianten liegen die Werte übrigens deutlich darunter.

Hier findest du eine Übersicht der verschiedenen Zelltechnologien mit entsprechendem Wirkungsgrad:

Warum ist der Wirkungsgrad von Solarzellen so gering?

Auch wenn die Photovoltaik-Technologie in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht hat, bleibt der Wirkungsgrad von Solarzellen vergleichsweise gering. Selbst hochwertige Module erreichen aktuell nur rund 22 bis 25 %. Nur etwa ein Viertel der einfallenden Sonnenenergie wird tatsächlich in Strom umgewandelt.

Aber warum ist dies so? Nur ein Teil des Sonnenlichts kann physikalisch überhaupt genutzt werden. Etwa zwei Drittel der Sonnenstrahlung bestehen aus Wellenlängen, die vom Silizium einer Solarzelle nicht effizient umgesetzt werden können. Deshalb gilt ein Wirkungsgrad von deutlich über 30 % bei klassischen kristallinen Solarzellen bislang als kaum erreichbar.

Forscher*innen weltweit arbeiten intensiv an neuen Materialien und Zellstrukturen, etwa Tandem-Solarzellen, die verschiedene Schichten kombinieren und so ein breiteres Lichtspektrum nutzen können. Diese innovativen Technologien könnten in Zukunft deutlich höhere Wirkungsgrade ermöglichen. Wann sie jedoch in Serie produziert und für Hausdächer verfügbar sein werden, ist derzeit noch offen.

Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?

Es gibt, wie schon oben kurz erwähnt, einige Faktoren, die zusätzlich den Wirkungsgrad deines Solarmoduls beeinflussen.

• Ausrichtung & Neigung: Optimal sind eine Südausrichtung und ein Winkel, bei dem das Sonnenlicht möglichst senkrecht auf die Module trifft. Eine abweichende Ausrichtung senkt die Leistung.
• Verschattung: Selbst kleine Schatten auf der Modulflächen haben großen Einfluss. Bereits wenige Minuten Schatten können den gesamten Modulstrang beeinflussen.
• Modultemperatur: Höhere Temperaturen reduzieren die Effizienz. Auch bei sehr sonnigem Wetter steigt die Modultemperatur, was wiederum den Wirkungsgrad gegenüber den Standardbedingungen senken lässt.
• Alterung: Im Betrieb nimmt die Leistung über die Jahre ab. Viele Hersteller garantieren nach 20–25 Jahren in der Regel zwischen 80–90 % der Ausgangsleistung.
• Wechselrichter & Systemverluste: Der Modulwirkungsgrad ist nur ein Teil. Der Wechselrichter wandelt den erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Moderne Geräte kommen dabei auf Wirkungsgrade von etwa 96–98 %.

Wirkungsgrad der gesamten Anlage

Neben dem Wirkungsgrad der Solarzellen gibt es den sogenannten Performance Ratio, kurz PR-Wert. Diese Kennzahl zeigt, wie viel Energie eine Photovoltaikanlage tatsächlich im Verhältnis zum theoretisch maximal möglichen Ertrag erzeugt. Im Praxisbetrieb liegt dieser Wert typischerweise zwischen 65 % und 75 %, bei sehr guten Anlagen auch bis etwa 80 %. Auch wenn deine Module einen 22-prozentigen Wirkungsgrad haben, wird deine gesamte Anlage nicht 22% * 100 % Fläche dauerhaft in Strom umsetzen, sondern durch die PR-Verluste dieser etwas geringer ausfallen.

Fazit

Ein hoher Wirkungsgrad ist wichtig, aber nicht alles. Entscheidend ist, wie gut deine Solaranlage insgesamt arbeitet. Mit modernen Modulen, optimaler Ausrichtung und einem effizienten Wechselrichter kannst du das Beste aus der Sonne herausholen. So profitierst du langfristig von sauberem, selbst erzeugtem Strom und machst dich unabhängiger von steigenden Energiepreisen.