Inhalt des Artikels
- Wirkungsgrad von Solarzellen einfach erklärt
- PV-Wirkungsgrad-Rechner
- Was sagt der Wirkungsgrad aus? (Definition)
- Die effektivsten Technologien
- Wie wird der Wirkungsgrad bestimmt?
- Was beeinflusst den Wirkungsgrad?
- Der Wirkungsgrad des Wechselrichters
- Ausblick in die Zukunft: Wie viel Effizienz ist möglich?
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
Das Wichtigste in Kürze
- Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der eintreffenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird
- Monokristalline Solarzellen erreichen mit 20-24 % die höchsten Wirkungsgrade im Privatbereich
- Neben dem Modul-Wirkungsgrad beeinflusst auch der Wechselrichter mit 95-98 % Effizienz die Gesamtleistung
- Labor-Rekorde liegen bei über 47 %, kommerzielle Module werden kontinuierlich effizienter
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- So verändert der Wirkungsgrad Ihre Rendite → Unser Wirkungsgradrechner
- Das sind die effizientesten Module → Technologien im Vergleich
- Die besten Solaranlagen mit hoher Effizienz → Ihr PV-Anlagen-Vergleich
Inhaltsverzeichnis
Wirkungsgrad von Solarzellen einfach erklärt
Stellen Sie sich den Wirkungsgrad wie einen Filter vor, der bestimmt, wie viel der auftreffenden Sonnenenergie tatsächlich als Strom aus Ihrer Steckdose kommt. Ein Solarmodul mit 20 % Wirkungsgrad wandelt von 1000 Watt Sonnenlicht 200 Watt in elektrischen Strom um.
Je höher der Prozentsatz, desto mehr Leistung erzeugen Sie auf derselben Dachfläche. Genau deshalb spielt der Wirkungsgrad bei der Auswahl Ihrer Solarmodule eine zentrale Rolle, um unter gleich bleibenden Bedingungen mehr Strom zu erzeugen und somit auch mehr Stromkosten einzusparen.
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Der Wirkungsgrad einer Solarzelle bezeichnet das Verhältnis zwischen der erzeugten elektrischen Leistung und der eingestrahlten Sonnenleistung. Technisch ausgedrückt zeigt er die Effizienz der Energieumwandlung in Prozent an.
Bei Photovoltaikanlagen müssen Sie zwischen dem Wirkungsgrad der einzelnen Solarzellen, der Module und der gesamten Anlage unterscheiden. Jede Komponente beeinflusst dabei die finale Stromausbeute Ihrer PV-Anlage.
Die effektivsten Technologien
| Technologie | Wirkungsgrad | Besonderheiten | Einsatzbereich |
|---|---|---|---|
| Monokristalline Solarzellen | 20-24 % | Höchste Effizienz, schwarze Optik | Privathaushalte mit begrenzter Dachfläche |
| Polykristalline Solarzellen | 15-18 % | Gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, bläuliche Färbung | Große Dachflächen, Freiflächenanlagen |
| Dünnschicht-Module | 10-13 % | Flexibel, leicht, günstig | Spezialanwendungen, gewerbliche Flachdächer |
| PERC-Solarzellen | 21-23 % | Verbesserte monokristalline Technologie | Premium-Segment Privatbereich |
| Heterojunction (HJT) | 22-26 % | Kombiniert kristallines und amorphes Silizium | High-End-Anwendungen |
| Tandem-Solarzellen | 29-32 % (Labor) | Mehrschichtige Zellstruktur | Noch in Entwicklung für Massenmarkt |
| Organische Solarzellen | 5-15 % | Flexibel, transparent möglich | Forschung, Spezialanwendungen |
📌 Good-To-Know: Der Wirkungsgrad im Labor liegt meist 2-3 Prozentpunkte über den Werten in der Praxis. Grund dafür sind reale Bedingungen wie Verschattung, Temperatur und Verschmutzung.
Wie wird der Wirkungsgrad bestimmt?
Die Bestimmung des Wirkungsgrads erfolgt unter standardisierten Testbedingungen (STC). Dabei wird das Solarmodul einer Einstrahlung von 1000 Watt pro Quadratmeter bei 25°C Zelltemperatur ausgesetzt. Die gemessene elektrische Ausgangsleistung wird dann ins Verhältnis zur eingestrahlten Leistung gesetzt.
Beispiel: Ein Solarmodul erhält unter STC-Bedingungen 2000 Watt Strahlungsleistung. Erzeugt es dabei 400 Watt elektrische Leistung, beträgt der Wirkungsgrad 20 %.
400 W / 2000 W = 0,2 = 20 %
Was beeinflusst den Wirkungsgrad?
Der tatsächliche Wirkungsgrad Ihrer Photovoltaikanlage unterliegt verschiedenen Einflussfaktoren, die Sie bei der Planung berücksichtigen sollten. Während der Nenn-Wirkungsgrad unter Laborbedingungen ermittelt wird, weichen die realen Bedingungen auf Ihrem Dach davon ab. Die wichtigsten Einflussgrößen bestimmen, wie viel der theoretischen Leistung Sie tatsächlich nutzen können.
- Temperatur: Pro Grad Celsius über 25°C sinkt der Wirkungsgrad um 0,3-0,5 Prozentpunkte. An heißen Sommertagen mit 60°C Modultemperatur verlieren Sie bis zu 15 % Leistung. Lösung: Gute Hinterlüftung der Module.
- Verschattung & Verschmutzung: Bereits kleine Schatten und Verschmutzungen reduzieren den Wirkungsgrad erheblich. Ein verdecktes Modul kann die Leistung eines gesamten Strings beeinträchtigen. Lösung: Leistungsoptimierer, Mikrowechselrichter und regelmäßige Reinigung.
- Einstrahlwinkel: Der optimale Winkel liegt bei 30-35° Südausrichtung. Abweichungen nach Osten oder Westen reduzieren den Jahresertrag um 5-20 %. Flachere oder steilere Neigungen wirken sich saisonal unterschiedlich aus.
- Spektrale Zusammensetzung: Bewölkung verändert das Lichtspektrum. Diffuses Licht nutzen verschiedene Zelltypen unterschiedlich gut. Dünnschichtmodule arbeiten bei schwachem Licht oft effizienter als kristalline Zellen.
- Alterung: reduziert den Wirkungsgrad jährlich um 0,3-0,5 %. UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und Feuchtigkeit beschleunigen den Prozess. Hochwertige Module altern langsamer – die Investition in Qualität zahlt sich also langfristig aus.
- Kabelverluste: Lange Kabelwege zwischen Modulen und Wechselrichter verursachen Widerstandsverluste. Bei optimaler Auslegung bleiben sie unter 1 Prozent.
✓ Dran gedacht? Die Summe aller Verlustfaktoren kann 20-25 % betragen, weshalb es wichtig ist, nicht mit den STC-Werten der Produktdatenblätter zu arbeiten. Kalkulieren Sie die Abschläge bei Ihrer Ertragsberechnung ein, um realistische Werte zu erhalten.
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters
Neben den Solarmodulen bestimmt auch der Wechselrichter maßgeblich die Effizienz Ihrer gesamten Photovoltaikanlage. Moderne Wechselrichter erreichen Wirkungsgrade zwischen 95 und 98 %. Bei der Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom entstehen jedoch unvermeidbare Verluste durch Wärmeentwicklung.
Umso wichtiger, dass Modulleistung und Wechselrichterkapazität aufeinander abgestimmt werden. Ein unterdimensionierter Wechselrichter kann Leistungsspitzen nicht verarbeiten und kappt diese. Überdimensionierung führt hingegen zu schlechteren Wirkungsgraden im Teillastbereich.
Ausblick in die Zukunft: Wie viel Effizienz ist möglich?
Die Entwicklung der Wirkungsgrade von Solarzellen schreitet kontinuierlich voran. Das Fraunhofer ISE meldete 2024 einen neuen Rekord von 47,6 % bei einer Vierfach-Solarzelle unter konzentriertem Sonnenlicht. Für kommerzielle Silizium-Solarzellen liegt die theoretische Obergrenze bei etwa 29 %. Tandem-Solarzellen, die verschiedene Halbleitermaterialien kombinieren, könnten diese Grenze durchbrechen.
Perowskit-Silizium-Tandemzellen gelten als besonders vielversprechend für den Massenmarkt. Sie erreichen im Labor bereits über 33 % Wirkungsgrad. Erste kommerzielle Produkte könnten schon bald verfügbar sein.
Parallel dazu verbessern etablierte Technologien ihre Effizienz schrittweise. TOPCon-Zellen (Tunnel Oxide Passivated Contact) erreichen bereits 26 % im Labor und 23-24 % in der Serienproduktion.
Ein weiterer Trend sind bifaziale Module, die Licht von beiden Seiten nutzen und erhöhen somit den Energieertrag gegenüber einseitigen Modulen. Kombiniert mit höheren Zell-Wirkungsgraden könnten künftige Anlagen auf gleicher Fläche deutlich mehr Strom erzeugen. Experten rechnen damit, dass Standard-Module bis 2030 Wirkungsgrade von 25-27 % erreichen.
📌 Good-To-Know: Die physikalische Grenze für eine einzelne Solarzelle liegt bei etwa 33,7 % (Shockley-Queisser-Limit). Nur Mehrschichtzellen können dieses Limit überschreiten.
Fazit
Der Wirkungsgrad bleibt ein zentraler Faktor bei der Auswahl Ihrer Photovoltaikanlage, sollte aber nie isoliert betrachtet werden. Moderne monokristalline Module mit 20-24 % Effizienz bieten für die meisten Privatanwendungen das beste Verhältnis aus Leistung und Wirtschaftlichkeit. Zukünftige Technologien versprechen noch höhere Wirkungsgrade, wodurch Solarenergie kontinuierlich attraktiver wird.
