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Modulwirkungsgrad

Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist ein Maß für ihre Effizienz, Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, wobei gängige Module zwischen 15 % und 20 % erreichen. Höhere Wirkungsgrade bedeuten, dass weniger Fläche für dieselbe Energiemenge benötigt wird. Die Effizienz variiert je nach Solarzelltyp: Monokristalline Zellen liegen bei 15-22 %, polykristalline bei 13-19 %, Dünnschichtzellen bei 10-12 %, Perowskit-Zellen können bis zu 25 % und Mehrfachsolarzellen bis zu 46 % erreichen. Die Effizienz hängt stark vom Material, der Vermeidung von Reflexion und Standortfaktoren ab, wobei höhere Temperaturen und Verschattungen den Wirkungsgrad mindern. Die Berechnung des Wirkungsgrads erfolgt durch Division der Anlagenleistung durch das Produkt aus Modulfläche und Strahlungsfluss.
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    Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist ein Maß für die Fähigkeit eines Solarmoduls, Sonnenlicht in nutzbaren Strom umzuwandeln. Wenn zum Beispiel die Sonne auf ein hocheffizientes Solarmodul mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent scheint, werden 20 Prozent der Sonnenenergie in Solarenergie umgewandelt.

    Heutzutage haben die meisten Solarmodule einen Wirkungsgrad zwischen 15 % und 20 %. Hocheffiziente Solarmodule können in einigen selten Fällen einen Wirkungsgrad von 22 % knapp überschreiten. Photovoltaikmodule mit höheren Wirkungsgraden sind besonders für Orte mit kleineren Aufstellflächen sinnvoll, da weniger Platz für die gleiche Leistung benötigt wird.

    SolarzelltypModulwirkungsgrad (%)
    Monokristalline Solarzellen15-22%
    Polykristalline Solarzellen13-19%
    Dünnschicht-Solarzellen10-12%
    Perowskit-SolarzellenBis zu 25%
    MehrfachsolarzellenBis zu 46%
    1. Monokristalline Solarzellen: Diese Solarzellen bestehen aus hochreinem Silizium und haben einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Solarzellen. Sie sind etwas teurer, aber aufgrund ihrer Effizienz für viele Anwendungen ideal.
    2. Polykristalline Solarzellen: Sie bestehen ebenfalls aus Silizium, jedoch aus mehreren, verwachsenen Kristallen. Dadurch ist der Wirkungsgrad etwas niedriger als bei monokristallinen Solarzellen, aber sie sind auch kostengünstiger.
    3. Dünnschicht-Solarzellen: Diese Solarzellen bestehen aus unterschiedlichen Materialien wie Cadmiumtellurid (CdTe), Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) oder amorphem Silizium (a-Si). Sie haben einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Solarzellen, sind jedoch flexibel und leicht, was sie für bestimmte Anwendungen interessant macht.
    4. Perowskit-Solarzellen: Perowskit-Solarzellen sind eine relativ neue Technologie und haben in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Sie können einen hohen Wirkungsgrad erreichen, der vergleichbar oder sogar besser ist als bei monokristallinen Solarzellen. Die Langzeitstabilität und Umweltverträglichkeit dieser Solarzellen sind jedoch noch Gegenstand aktueller Forschung.
    5. Mehrfachsolarzellen: Diese Solarzellen kombinieren mehrere Schichten unterschiedlicher Halbleitermaterialien, um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen. Sie sind in der Regel teurer als andere Solarzelltypen und werden hauptsächlich in Raumfahrtanwendungen oder Konzentrator-Photovoltaiksystemen (CPV) eingesetzt.

    Bitte beachten Sie, dass der tatsächliche Wirkungsgrad der Solarzellen von verschiedenen Faktoren abhängt, wie zum Beispiel der Qualität der verwendeten Materialien, der Herstellungsprozesse und den Umgebungsbedingungen.

    Einflussfaktoren

    Der Modulwirkungsgrad und damit die Effizienz hängen von diversen Faktoren ab.

    Material

    Die Art des Materials beeinflusst die Effizienz der Umwandlung von Licht in elektrische Energie in dem größten Maße. Die höchsten Wirkungsgrade werden von Solarmodulen aus monokristallinem Silizium erreicht. Hier liegen durchschnittliche Werte bei circa 19 % bis 20 % und haben von den serienreifen Solartechnologien die größte Energiewandlung pro Fläche. Die Solarmodule mit dem höchsten Marktanteil sind derzeit polykristalline Module, da sie mit das beste Preis-Leistungs-Verhältnis mit Wirkungsgraden von ungefähr 15 % aufweisen. Amorphe Dünnschichtzellen haben den Vorteil, dass sie durch ihr hohes Absorptionspotential in sehr dünnen Schichten ausgebracht werden können und sich damit vor allem für dezentrale und bewegliche Systeme eignen. Diese dünne Solarzellen haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von circa 7 %.

    Reflexion

    Je höher die Reflexion von einkommendem Sonnenlicht ist, desto niedriger wird der Wirkungsgrad ausfallen, da von Beginn weniger Sonnenlicht verwertet werden kann. Um diese so niedrig wie möglich zu senken, werd anti-Reflexions Schichten auf die Schutzgläser aufgedampft.

    Standortfaktoren

    Um die maximale Menge an Sonnenlicht einzufangen, sind die richtige Installation des Solarmoduls und ein optimaler Winkel entscheidend. Höhere Temperaturen führen zu einer geringeren Energieausbeute und einem niedrigeren Wirkungsgrad, weshalb einige Module speziell für wärmere Klimazonen entwickelt wurden.

    Verschattungen in jeglicher Art und Größe führen zu einem erheblichen Einbruch des Wirkungsgrades. Hauptsächlich sind hier neben feststehenden umliegenden Hindernissen, wie etwa Gebäude, Bäume oder Strommasten, Wolken, Schnee sowie Laubfall zu nennen.

    Berechnung

    Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls lässt sich berechnen, indem man die insgesamte Leistung der Anlage in Watt durch das Produkt aus der Solarmodulfläche und dem einfallenden Strahlungsfluss dividiert. Dies teilt man dann durch 100 und gelangt so an eine Prozentzahl. Der Strahlungsfluss ist die Menge an Photonen, welche über einem bestimmten Standort einfallen. Diese Daten können standortgenau kostenfrei im Internet eingeholt werden. Um den Wirkungsgrad von Solarzellen mit anderen vergleichen zu können, werden in standardisierten Tests mit einem Strahlungsfluss von 1000 Watt pro Quadratmeter gerechnet.

    Carsten Steffen
    Autor: Carsten Steffen
    Carsten Steffen, Gründer von photovoltaik.sh, bringt sein tiefes Verständnis für Photovoltaik und seine Begeisterung für erneuerbare Energien ein, um Kunden in Schleswig-Holstein seit 2021 schneller und kostengünstiger zu ihrer eigenen Photovoltaikanlage zu verhelfen. Ermöglicht wird das Dank der Zusammenarbeit mit lokalen Solarteuren. Regelmäßige Schulungen runden unsere Expertise ab. Mit der Gründung von photovoltaik.sh sind wir Ihr vertrauenswürdigen Partner für alle, die ihren Stromverbrauch nachhaltig gestalten möchten.
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