Solarenergie

Wirkungsgrad einer Solarzelle – so wird er beeinflusst.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt nicht nur von ihrer technischen Ausführung und dem verwendeten Material ab. Wir geben eine Übersicht über aktuelle Photovoltaik-Arten, ihre Wirkungsgrade und Leistungspotenziale. Außerdem: Wie Sie den Wirkungsgrad Ihrer Solarzellen berechnen.

Wirkungsgrad Solarzelle berechnen

Was sagt der sogenannte Wirkungsgrad aus?

Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis von aufgewendeter und nutzbarer Energie wieder. Je höher sein Wert, desto effizienter kann Energie verwendet werden. Sein Einheitenzeichen ist das Eta: η.

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Welchen Wirkungsgrad haben Solarzellen?

Nach dem aktuellen Stand der Technik liegt der Wirkungsgrad von Solarzellen bei etwa 5 bis 27 % – in der Theorie können sogar bis zu 41 % erreicht werden. Dass diese Angaben relativ weit auseinanderliegen, liegt an mehreren Faktoren, die wir Ihnen hier erklären möchten:

  1. Die Art der Photovoltaikanlage.

Für Photovoltaikzellen gibt es verschiedene Herstellungstechniken und Materialien. Im Laufe der Jahre haben sich die Fertigungsprozesse immer weiter verbessert, weshalb auch die Wirkungsgrade der Solaranlagen gestiegen sind – und noch weiter steigen werden. Die gängigsten Modularten sind:

Solarzelle Leistung

Polykristalline Module.

Für diese Modulart wird Silizium eingeschmolzen und in Blöcke gegossen, die dann in schmale Scheiben geschnitten werden. Natürliche Verunreinigungen führen dazu, dass der Wirkungsgrad etwas geringer ist als bei der monokristallinen Ausführung. Dafür bieten die poykristallinen Siliziumzellen ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und kommen auf Wirkungsgrade von etwa 14 bis 20 %.

Monokristalline Module.

Die Herstellung dieser Modulart ist etwas aufwendiger, denn hier besteht der Silizium-Gußblock aus reinem Monokristall, dessen Atome und Moleküle ein einheitlich homogenes Kristallgitter bilden. Das führt zu höheren Wirkungsgraden zwischen 16 und 22 %. Die Module sind entsprechend etwas teurer.

Dünnschichtsolarzellen.

Für die Zellen wird zumeist amorphes Silizium verwendet – das heißt, dass das Silizium keine kristalline Form aufweist. Es wird hauchdünn auf Trägermodule aufgedampft, die meist aus Glas oder Folie bestehen. Dünnschichtmodule sind leicht, flexibel und günstig. Der Wirkungsgrad liegt allerdings bei nur rund 10 bis 12 %.

CIGS-Solarzellen.

Die Abkürzung CIGS leitet sich von der Zusammensetzung dieser Solarzellenart ab, die aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid besteht und ebenfalls dünnschichtig genutzt werden kann. CIGS-Module kommen auf einen Wirkungsgrad von etwa 12 bis 14 %.

Wirkungsgrad Solarzelle

  1. Umgebungstemperatur.

Wer hätte das gedacht: Je wärmer es ist, desto mehr nimmt der Wirkungsgrad von Solarzellen ab – und zwar pro Grad Temperaturanstieg um etwa 0,4 %. So kann es vorkommen, dass die erzeugte Leistung an einem sonnigen Frühlingstag höher liegt als an einem heißen Tag im August.

  1. Witterungsverhältnisse.

Auch dieser Fakt erstaunt: Wolken können die Energieausbeute der Solarzellen fördern. Denn die weißen Himmelsgebilde sind imstande, das Licht zusätzlich zu streuen und es mit veränderten Eintreffwinkeln in Richtung Solarzelle zu schicken. Der Wirkungsgrad erhöht sich. Ist es hingegen dicht bewölkt, verringert sich die Strahlung deutlich und der Wirkungsgrad wird kleiner.

  1. Das Alter.

Mit zunehmendem Alter sinkt der Wirkungsgrad einer Solarzelle. Man spricht von Degradation. Dieses Alterungsverhalten liegt bei ca. 10 % in 25 Jahren. Einige Hersteller geben Garantien, dass ihre Anlagen nach 20 Jahren noch immer eine Peak-Leistung von 80 % aufweisen.

  1. Peripherie.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle entspricht nicht dem Wirkungsgrad der gesamten Photovoltaikanlage. Der Grund: Auch der eingesetzte Wechselrichter und selbst die verlegten Kabel haben ihren eigenen Wirkungsgrad. Deshalb ist es normal, dass eine Solarzelle zum Beispiel einen Wirkungsgrad von 20 % aufweist, während es die ganze Anlage auf nur 17 % schafft. Die besten Wirkungsgrade der Solarmodule nützen also nichts, wenn dann der Wechselrichter einen schlechten Wirkungsgrad aufweist.

Wie kann man den Wirkungsgrad einer Solarzelle berechnen?

Wie weiter oben erwähnt, ist der Wirkungsgrad η das Verhältnis zwischen der eingehenden Leistung (in Form von Sonnenstrahlung) und der ausgehenden Leistung (in Form von elektrischer Energie). Die Formel lautet:

 

Wirkungsgrad η = Pelektrisch / PLicht

Das ist natürlich sehr theoretisch. Wesentlich praktischer ist da unser Solaranlagenrechner. Mit ihm finden Sie leicht heraus, wie viel Solarstrom Sie mit Ihren Solarzellen erzeugen können – und was eine Solaranlage zur Miete kostet.

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