Wirkungsgrad der Solarzellen - darauf müssen Sie beim Kauf von Photovoltaik Anlagen achten

Was ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle?

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist ein Maß für die Leistung. Er gibt das Verhältnis zwischen der eintreffenden Solarenergie und der elektrischen Energie an. Ein hoher Wirkungsgrad weist auf eine hohe Leistung der Zellen hin. Die Solarzelle liefert in diesem Fall eine gute Performance und wandelt einen hohen Anteil der Energie der Sonne in Strom um.

Wirkungsgrad von Photovoltaik Anlagen versus Wirkungsgrad einer Solarzelle

Im Zusammenhang mit Photovoltaikanlagen wird zwischen drei verschiedenen Angaben hinsichtlich der Wirkungsgrade unterschieden:

1. Wirkungsgrade der PV Anlagen
2. Wirkungsgrade der einzelnen Zellen
3. Modulwirkungsgrad

Vom Photovoltaik Wirkungsgrad der Solarzelle zum Wirkungsgrad von Solarmodulen

Die einzelnen Solarzellen werden zu Modulen zusammengesetzt, wobei Verluste auftreten. Die Zellen besitzen ein bestimmtes Potenzial an Ertrag, jedoch treten Verluste beim Modulwirkungsgrad in Form von Übergangsverlusten auf.

Die Kabel und der Wechselrichter sind zwei Bestandteile der Solarmodule, durch die Verluste beim Modulwirkungsgrad entstehen können. Die eintreffende Energie der Sonne wird nicht vollständig in Strom umgewandelt, der Ertrag liegt unterhalb der Grenzen der einzelnen Solarzellen.

Die Photovoltaikanlage weist ebenfalls einen spezifischen Wirkungsgrad auf. Der Wirkungsgrad der PV Anlage ist für die Käufer oftmals der entscheidende Wert beim Kauf.

Welche Photovoltaik Zelle hat den höchsten Wirkungsgrad?

Es existieren verschiedene Arten von Solarzellen. Sie unterscheiden sich in ihrem Wirkungsgrad. Polykristalline Solarzellen haben einen niedrigeren Wirkungsgrad als monokristalline Solarzellen.

Was sind die Einflussfaktoren für den Wirkungsgrad der Solaranlagen?

Zu beachten ist, dass der Anlagenwirkungsgrad unter definierten Testbedingungen erfolgt. Er stellt somit eine Orientierung dar, gibt jedoch keine Garantie auf die Leistung der Photovoltaik Anlage. Die tatsächliche Leistung der PV Anlage hängt von weiteren Faktoren, wie dem Standort und dem Einstellwinkel ab. Abweichungen der realen Werte vom ausgewiesenen Wirkungsgrad sind nach oben und nach unten möglich.

Watt und Wirkungsgrad - zwei verschiedene Faktoren für die Leistung

Für die einzelnen Module der Solaranlage wird die Leistung in Watt angegeben. Diese Angabe darf nicht mit dem Wirkungsgrad verwechselt werden. Weist der Hersteller für die Module eine hohe Leistung in Watt aus, dann bedeutet dies nicht, dass das Modul auch einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Sind die Flächen der Solarmodule groß, dann erbringen sie auch mit einem niedrigen Wirkungsgrad eine hohe Leistung. Allerdings ist die Effizient dadurch gering. Ein Solarmodul mit einem hohen Wirkungsgrad und einer kleinen Fläche hat eine hohe Effizienz.

Welche Solarzellen erbringen den höchsten Wirkungsgrad?

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Den höchsten Wirkungsgrad erreichen monokristalline Solarzellen. 18 bis 24 Prozent ist hier der Rekord.

Einen geringeren Wirkungsgrad haben polykristalline Solarzellen. Diese Bauform erreicht einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent.

Entscheiden Sie sich für amorphe Dünnschichtzellen, dann dürfen Sie mit einem Wirkungsgrad von 10 bis 15 Prozent rechnen.

Für CIGS- / CIS-Zellen wird ein Wirkungsgrad von 15 Prozent ausgewiesen.

Die niedrigste Effizienz haben organische Dünnschichtzellen. Die Zellen erreichen Wirkungsgrade von 7 bis 10 Prozent.

Die Entwicklung bei Photovoltaikanlagen geht weiter: Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird zwar niemals 100 Prozent erreichen, dennoch sind die Hersteller bemüht, den Wirkungsgrad von Photovoltaik Produkten zu erhöhen, um die Leistung der PV Anlage zu erhöhen und den Ertrag zu maximieren. Neue Forschungen liefern Wirkungsgrade, die sich in Richtung 50 Prozent bewegen.

Grundlegend für einen hohen Wirkungsgrad: Die Auswahl der passenden Solarmodule

Der Vergleich der verschiedenen Konstruktionsformen zeigt die Vorteile und Nachteile auf. Ein hoher Wirkungsgrad geht im Allgemeinen mit erhöhten Anschaffungskosten einher.

Monokristalline Solarzelle

Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem Mono-Siliziumkristall. Die Herstellung der Solarzellen ist relativ aufwendig. Somit steht dem Vorteil des höheren Wirkungsgrades der Nachteil eines höheren Preises für den Solarstrom entgegen.

Polykristalline Solarzelle

Den zweithöchsten Wirkungsgrad im Vergleich der verschiedenen Konstruktionsformen erreichen polykristalline Solarzellen. Ihre Herstellung ist im Vergleich zu der Herstellung von monokristallinen Modulen einfacher, weswegen die Kosten niedriger sind.

Dünnschicht Solarzelle

Das Silizium wird entweder aufgedruckt oder aufgedampft. Dadurch ist es zum einen möglich, die Herstellungskosten niedrig zu halten, zum anderen entsteht eine besonders dünne Bauform, die zu einer hohen Flexibilität führt. Der Wirkungsgrad der Zellen ist jedoch mit 10 bis 15 Prozent niedrig.

Welcher maximale Wirkungsgrad ist möglich?

Der theoretisch höchste Wirkungsgrad ist 100 Prozent. Er kann in der Realität jedoch nicht erreicht werden, da bei der Umwandlung von Energie Verluste - beispielsweise in Form von Wärme und Reibung - entstehen. 100 Prozent erhält man, wenn die eintreffende Energie vollständig in Strom umgewandelt wird. Hochleistungsmodule erreichen Rekorde von 35 bis 40 Prozent.

Die Wirkungsgrade des Wechselrichters und der Verkabelung

Gute Wechselrichter verfügen über Wirkungsgrade von 96 bis 98 Prozent. Bei Wechselrichtern ohne Trafo ist der Wirkungsgrad im Allgemeinen etwas höher als bei Wechselrichtern mit Trafo. Die Verkabelung erzeugt leichte Verluste im Energieertrag. Je 10 Meter Kabel müssen Sie einen Verlust von rund 0,25 Prozent einkalkulieren.

Der Performance Ratio als Maß für den Wirkungsgrad der Anlage

Der Performance Ration gibt an, wie viel Prozent des maximal möglichen Ertrags die Anlage tatsächlich erzielt. Sie teilen hierzu den Ertrag, den sie am Stromzähler abmessen, durch den maximal möglichen Ertrag der Anlage. Der maximal möglichen Stromertrag wird auch als nominaler Wirkungsgrad bezeichnet. Übliche Werte für den Performance Ration sind 65 bis 75 Prozent. In der Spitze werden bis zu 80 Prozent erreicht.

Wie wird der Photovoltaik Wirkungsgrad berechnet?

Da der tatsächliche Ist Ertrag der Anlagen von den Standortbedingungen abhängt, muss zur Vergleichbarkeit der Performance eine Testumgebung definiert werden.

Standard Test Conditions (STC)

Die Standard Test Conditions (STC) ermöglichen den Vergleich der Leistungen der Anlagen. Die Messung findet bei einer Einstrahlung von 1.000 Watt statt. Die Luftmasse wird mit 1,5 angesetzt und die Zelltemperatur beträgt 25 Grad Celsius. Es handelt sich um Laborbedingungen, was die Abweichungen des Ist Wertes der Photovoltaik Anlage und dem Soll Wert erklärt. Die real erreichten PV Wirkungsgrade sind meistens etwas niedriger, da in vielen Regionen in Deutschland keine 1.000 Watt Einstrahlung erreicht wird.

NOCT-Bedingungen

Eine alternative Berechnungsmöglichkeit ist die Verwendung der NOCT-Bedingungen. Sie gelten als realistischer und praxisnäher. NOCT ist die Abkürzung für Nominal Operating Cell Temperature. Gemeint ist die Temperatur der Solarzellen im Normalbetrieb. Die solare Einstrahlung wird mit 800 Watt je m² angesetzt. Die Betriebstemperatur wird auf 45 Grad Celsius festgelegt.

Diese Faktoren beeinflussen den Photovoltaik Wirkungsgrad

Die korrekte Ausrichtung der PV Anlage ist entscheidend, um den Ertrag zu erhöhen. Zum einen sollten Sie darauf achten, dass die Dachflächen nach Süden gerichtet sind. Auf diese Weise maximieren Sie den Ertrag der Anlage. Ist das Dach nach Südosten oder Südwesten gerichtet, sind die Verluste beim Ertrag nur minimal. Doch auch mit einer Ausrichtung nach Norden lassen sich mit der richtigen Abstimmung und Neigung der Anlage gute Erträge erzielen.

Der Begriff Degradation beschreibt die Veränderungen, die im Laufe der Zeit an den Solarzellen auftreten. Mit zunehmendem Alter nimmt der Wirkungsgrad von Solarzellen ab. Nach rund 25 Jahren ist ein Verlust von 10 bis 15 Prozent beim Modul eingetreten.

Schattenbildung auf den Solarmodulen sollte vermieden werden. Liegt ein Teil der Module im Schatten, dann kann sich der Ertrag um rund 10 Prozent reduzieren. Die betreffenden Bereiche liefern einen geringeren Beitrag zum Modulwirkungsgrad.

FAQ

Welche Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad?

Monokristalline Solarzellen erbringen einen hohen Wirkungsgrad. Sie sind jedoch teurer in der Anschaffung. Eine gute Alternative stellen polykristalline Zellen dar.

Muss ich die PV Anlage nach Süden ausrichten, um wirtschaftlich Strom erzeugen zu können?

Nein, auch mit einer Ausrichtung nach Norden lassen sich mit einer guten PV Anlage hohe Strommengen erzeugen. Jedoch gilt die Ausrichtung nach Süden als ideal.

Warum ist der Wirkungsgrad bei Photovoltaik eine wichtige Kennzahl?

Mit einem hohen Wirkungsgrad erzielen Sie einen hohen Ertrag. Die PV Module und somit die Anlage produziert viel Strom.

Warum ist der Wirkungsgrad von Solarzellen relativ niedrig?

In den Solarzellen treten Verluste auf - unter anderem in Form von Wärme. Die eintreffende Sonnenenergie kann nicht vollständig in elektrische Energie umgewandelt werden, was zu einem niedrigen Wirkungsgrad führt. Um dennoch eine hohe Ausbeute an Strom zu erlangen, muss mehr Solarenergie auf die Module treffen.