Das sollten Sie über den Wirkungsgrad einer Solarzelle wissen
Wer sich mit Anschaffung und Nutzung einer Photovoltaikanlage beschäftigt, wird immer wieder mit der Frage konfrontiert, wie hoch der Wirkungsgrad einer Solarzelle bzw. eines PV-Moduls ist oder sein sollte, die in solchen Anlagen Verwendung findet. Erfahren Sie hier mehr darüber, was unter dieser Größe zu verstehen ist, von welchen unterschiedlichen Faktoren sie beeinflusst wird und wie sie sich ihrerseits zum Beispiel auf die Kosten-Nutzen-Rechnung Ihrer PV-Anlage auswirkt.
Wie der Wirkungsgrad einer Solarzelle berechnet wird
Grundsätzlich definiert sich der Wirkungsgrad einer Solarzelle dadurch, wie viel von der ihr zur Verfügung stehenden (Licht-)Energie der Sonnenstrahlung sie in nutzbaren, elektrischen Solarstrom umwandelt. Physikalisch wird dieses Verhältnis mit dem griechischen Buchstaben Eta: η als Einheitenzeichen angegeben, in den meisten Beschreibungen von PV-Anlagen finden sich jedoch meist leichter nachvollziehbare Prozentangaben. An diesen können Sie auch ablesen, dass der Wirkungsgrad bei den verschiedenen Solarzellen höchst unterschiedlich ist – das ist von vielerlei Faktoren abhängig, auf die wir noch etwas genauer eingehen werden. Festzuhalten ist außerdem, dass der Wirkungsgrad der einzelnen Solarzelle immer auch von dem der gesamten PV-Anlage zu unterscheiden ist – bei Letzterer sind zusätzlich die Energieverluste zu berücksichtigen, welche auf die Verkabelung sowie den Wechselrichter zurückzuführen sind.
Wie der Wirkungsgrad vom Typen der Solarzelle abhängt
Nach dem aktuellen Stand der Technik kann beim Wirkungsgrad einer Solarzelle theoretisch schon ein Wert von 41 % erreicht werden. In der Praxis liegt er aber irgendwo zwischen 5 bis 27 % – alles Weitere wäre zu kostenintensiv und daher unwirtschaftlich. Den größten Einfluss auf den Wirkungsgrad hat die Frage, um welchen Typ PV-Modul es sich handelt. Den besten Wert weisen monokristalline Siliziumzellen auf, bei denen Atome und Moleküle ein einheitlich homogenes Kristallgitter bilden: Sie erzielen Wirkungsgrade von 16 bis 22 %. Solarzellen aus polykristallinem Silizium, das immer auch natürliche Verunreinigungen enthält und daher kostengünstiger ist, erreichen Werte von 14 bis 20 %. Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium, das keine kristalline Form besitzt, kommen lediglich auf 10 bis maximal 12 %. Etwas besser schneiden mit 12-14 % demgegenüber CIGS-Solarzellen ab, die gar nicht auf Silizium zurückgreifen, sondern aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid bestehen. Weitere signifikante Steigerungen des Wirkungsgrads einer Solarzelle sind zwar möglich, doch sehr wahrscheinlich auch mit hohen Kosten verbunden. Auf Dauer ist es wirtschaftlich möglicherweise aussichtsreicher, auf kostengünstige organische Halbleiter in größerer Menge zu setzen, die in Massenproduktion gefertigt werden können und sich in der Kosten-Nutzen-Rechnung nachhaltig niederschlagen.
Wovon der Wirkungsgrad einer Solarzelle sonst noch beeinflusst wird
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt allerdings nicht ausschließlich von deren Typus ab, sondern darüber hinaus von weiteren Faktoren, die ihren Einsatz bestimmen. Dazu gehört zum Beispiel die Umgebungstemperatur – je höher sie ist, desto stärker nimmt der Wirkungsgrad der Zelle ab, da es nicht auf die Sonnenhitze, sondern die Lichtintensität ankommt. Auch ein völlig wolkenloser Himmel wird nicht zwangsläufig den höchsten Wirkungsgrad nach sich ziehen, verleihen doch einzelne Schönwetterwolken dem Licht eine zusätzliche Streuung mit veränderten Eintreffwinkeln, was sich durchaus positiv auswirken kann. Einfluss auf den Wirkungsgrad nimmt außerdem das Alter der Solarzelle, er nimmt in 25 Jahren im Durchschnitt um rund 10 % ab. Und letztlich ist noch einmal darauf hinzuweisen, dass der gesamte Wirkungsgrad einer PV-Anlage auch abnehmen kann, wenn zu dünne Kabel einen Energieverlust verursachen oder der Wechselrichter zu nah am Einspeisepunkt steht – denn auf der Wechselstromseite sind die Leitungsverluste immer deutlich größer.
Sie sehen also: Der Wirkungsgrad einer Solarzelle bzw. eines PV-Moduls ist ein aufschlussreicher Faktor, der aber wie wahrscheinlich alles auf der Welt nicht isoliert betrachtet werden darf.
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