Photovoltaik-Wirkungsgrad
Bei gleicher Sonneneinstrahlung produzieren verschiedene Solaranlagen unterschiedliche Mengen an Solarstrom und haben somit jeweils einen eigenen Wirkungsgrad. Ausschlaggebend ist vor allem die Art der verbauten Solarmodule. Aber auch das Wetter, der Wechselrichter und der Zustand der Anlage haben Auswirkungen auf den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage.
- Was ist der Photovoltaik-Wirkungsgrad?
- Wie erreichen PV-Anlagen einen optimalen Wirkungsgrad?
- Wie wird der Photovoltaik-Wirkungsgrad berechnet?
- Wie effizient ist eine Photovoltaikanlage?
Das Wichtigste in Kürze
- Solarzellen, -module und -anlagen haben jeweils einen bestimmten Wirkungsgrad.
- Der Wirkungsgrad des Wechselrichters beeinflusst den der gesamten Photovoltaikanlage.
- Solarmodule können nicht 100 Prozent der eingehenden Sonnenenergie in Solarstrom umwandeln.
- Auch eine Solaranlage mit einem geringen Wirkungsgrad kann sich lohnen.
Was ist der Photovoltaik-Wirkungsgrad?
Der Photovoltaik-Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der eingehenden Sonnenenergie in Solarstrom umgewandelt werden. Er lässt sich für eine einzelne Solarzelle, ein ganzes Modul oder eine komplette Anlage errechnen. Auch der Wechselrichter einer Solaranlage hat einen Wirkungsgrad.
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters gibt an, wie viel des erzeugten Gleichstroms in verwertbaren Wechselstrom umgewandelt wird. Die Werte des Wechselrichters sowie der verwendeten Solarmodule sind ausschlaggebend für den Wirkungsgrad der gesamten Anlage.
Wie erreichen PV-Anlagen einen optimalen Wirkungsgrad?
Wer sich eine Solaranlage anschaffen möchte, muss wissen, dass auch mit den modernsten Solarzellen ein Wirkungsgrad von 100 Prozent unmöglich ist. Mit den aktuell besten Materialien liegt ein hoher Wirkungsgrad unter optimalen Bedingungen zurzeit bei rund 25 Prozent.
Die Forschung entwickelt immer neue Materialien, die den Wirkungsgrad steigern, und unter Laborbedingungen wurden bereits durchaus höhere Werte gemessen. In der Praxis allerdings werden diese nicht erreicht, denn bei Transport und Umwandlungsprozessen geht stets eine gewisse Menge an Energie verloren.
Um mit einer Anlage den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen, ist vor allem ein Wechselrichter wichtig, der seinerseits einen guten Wechselgrad hat. Außerdem sollte die Photovoltaikanlage regelmäßig von Schmutz befreit werden. Das rechnet sich in der Regel schnell, da nach der Reinigung der Stromertrag höher ist.
Der Modulwirkungsgrad
Verschiedene Arten von Solarmodulen haben verschiedene maximale Wirkungsgrade. Wer sich mit den verschiedenen Modellen auseinandersetzt, der stößt dabei unter anderem auf die folgenden Modularten:
- monokristalline Module
- polykristalline Module
- quasi-monokristalline Module
- Dünnschichtmodule
- CIGS-Module
- Module mit Tandem-Solarzellen
Die ersten beiden Modularten dieser Aufzählung bestehen aus Silizium. Monokristalline Solarmodule haben einen höheren Wirkungsgrad, sind aber in der Herstellung aufwendiger als polykristalline Solarmodule. Eine Zwischenform sind die quasi-monokristallinen Siliziumzellen.
Ihre Kristalle haben ähnliche Eigenschaften wie die der monokristallinen Module, sind aber eigentlich polykristallin. Eine vierte Art von Siliziummodulen sind die Dünnschichtmodule: Sie sind einfach herzustellen, haben aber einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad.
Abseits des Siliziums
Solarzellen müssen nicht immer aus Silizium bestehen. Bei CIGS-Modulen wird eine Mischung aus Kupfer, Indium, Gallium und Diselenid verwendet. Der Wirkungsgrad ist bei diesen Modulen ebenfalls verhältnismäßig hoch.
Zukunftsweisend sind Tandem-Solarzellen: Sie heißen so, weil in ihnen verschiedene Materialien übereinandergestapelt werden, die unterschiedliche Teile des Lichtspektrums nutzen. So wird insgesamt mehr Energie der Sonne in Strom umgewandelt und damit der Ertrag gesteigert.
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters
Eine Anlage, in der Solarmodule mit einem hohen Wirkungsgrad verbaut sind, kann trotzdem einen geringen Gesamtertrag haben, wenn zu viel Energie bei der Stromumwandlung im Wechselrichter verloren geht. Ein geringer Verlust ist durchaus normal, doch Besitzerinnen und Besitzer einer PV-Anlage sollten diesen so klein wie möglich halten, denn über die Jahre summiert sich der Ertragsausfall.
Generell ist es sinnvoll, den Wechselrichter nah am Einspeisepunkt anzubringen – das reduziert den Energieverlust. Gute Werte für den Wirkungsgrad eines Wechselrichters liegen über 97 Prozent. Der Verlust an Energie ist zu groß, wenn der Wirkungsgrad weniger als 92 Prozent beträgt.
Wie wird der Photovoltaik-Wirkungsgrad berechnet?
Um den Wirkungsgrad zu errechnen, wird die erzeugte durch die eingegangene Energie dividiert. Für Solarzellen und -module sieht die Rechnung also so aus, dass die erzeugte Strommenge durch die eingegangene Sonnenstrahlung geteilt wird. Beim Wechselrichter sind die wichtigen Größen der erzeugte Wechselstrom und der vorher vorhandene Gleichstrom.
Der Wirkungsgrad einer ganzen Solaranlage ergibt sich aus dem Wirkungsgrad der Module unter Berücksichtigung der Verluste, die durch die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und den Transport der Energie durch Kabel entstehen.
Wie effizient ist eine Photovoltaikanlage?
Die mitunter geringen Wirkungsgrade von PV-Anlagen können den Eindruck entstehen lassen, dass Solaranlagen nicht effizient seien. Bleiben aber die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde gering, lohnt sich die Nutzung einer solchen Anlage meist trotz eines niedrigen Wirkungsgrades. Schließlich fallen bei Photovoltaikanlagen keine Brennstoffkosten und nur geringe Kosten für Wartung und Pflege an.
Wer dennoch Wert auf eine höhere Stromproduktion seiner Anlage legt, sollte in eine Modulart mit höherem Wirkungsgrad investieren. Dabei ist aber zu bedenken, dass auch deren Produktivität von den Wetterbedingungen abhängig und der höhere Wirkungsgrad damit nicht zu jeder Zeit gewährleistet ist.
