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Erklärung der Effizienz von Solarzellen
In den letzten Jahren hat die Solartechnologie grosse Sprünge in Richtung eines höheren Wirkungsgrads der Solarzellen, einer höheren Leistungsabgabe von Solarmodulen und einer insgesamt höheren Qualität gemacht. Wer auf der Suche nach den effizientesten Solarmodule für seine Photovoltaikanlage ist, sollte zunächst wissen, wie man die Wirkungsgrade der verschiedenen Markenhersteller vergleicht. Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist die beste Kennzahl, um festzustellen, wie viel Strom ein Solarmodul im Vergleich zu anderen Produkten erzeugt.
Resume: Die wichtigsten Erkenntnisse über die effizientesten Solarmodule
- Die effizientesten heute kommerziell erhältlichen Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von knapp 23 Prozent.
- Der Wirkungsgrad von Solarmodulen gibt an, welcher Anteil der Leistung des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Leistung umgewandelt wird
- SunPower, LG und REC Solar stellen die effizientesten Solarmodule her.
Solarmodul Wirkungsgrad: Was Sie wissen müssen
Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist ein Mass für die Fähigkeit eines Solarmoduls, Sonnenlicht in nutzbaren Strom umzuwandeln. Das heisst, je höher der Wirkungsgrad ist, umso mehr Strom wird aus dem gleichen einfallenden Sonnenlicht erzeugt. Wenn zum Beispiel die Sonne auf ein hocheffizientes Solarmodul mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent scheint, werden 20 Prozent der Sonnenenergie in Solarenergie umgewandelt. Wenn die gleiche Menge Sonnenlicht für die gleiche Zeit auf zwei Solarmodule mit unterschiedlichen Wirkungsgraden fällt, erzeugt das effizientere Modul mehr Strom als das weniger effiziente. Der Wirkungsgrad von Solarmodulen wird durch die Stromerzeugung der einzelnen Solarzellen bestimmt, die wiederum durch die Zusammensetzung der Zellen, die elektrische Konfiguration, die Anschluss-Komponenten und vieles mehr beeinflusst wird.
Wie effizient sind Solarmodule?
Heutzutage haben die meisten Solarmodule einen Wirkungsgrad zwischen 15 % und 20 %, mit Ausreissern nach oben und unten. Hocheffiziente Solarmodule können in wenigen Fällen einen Wirkungsgrad von 22 % überschreiten, aber die Mehrheit der erhältlichen Photovoltaikmodule hat einen Wirkungsgrad von um die 20 %. Es ist wenig verwunderlich, dass Paneele mit höherem Wirkungsgrad etwas teurer sind. Aber mit Ihnen kann man den Energiebedarf auch dann decken, wenn z.B. nur eine kleine Dachfläche zur Verfügung steht.
Wenn diese Wirkungsgrade auf den ersten Blick etwas niedrig erscheinen – ruhig bleiben. Die Effizienzstandards steigen kontinuierlich mit dem Aufkommen neuer Technologien und Fertigungsmöglichkeiten. In der Tat ist es Wissenschaftlern gelungen, einen Rekordwirkungsgrad von mehr als 40 Prozent zu erreichen, indem sie «Hetero-Junction»-Zellen verwendet haben, die für die Nutzung verschiedener Frequenzbänder des Sonnenlichts optimiert sind. In der Zwischenzeit liefern die aktuellen Module jedoch mehr als genug nutzbaren Strom für die meisten Immobilien.
Trends für hocheffiziente Solarmodule im Jahr 2022
Einige vor allem chinesische Unternehmen widersetzen sich im Jahr 2022 der Regel „effizienter = teurer“. Unternehmen wie LonGi, Canadian Solar und Trina Solar bringen hocheffiziente Solarmodule auf den Markt, die einen Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent aufweisen, aber weniger pro Watt kosten als die Module von SunPower, LG und Panasonic. Solarmodule sind billiger als je zuvor, ohne dass der Wirkungsgrad darunter leidet. Dies wirft die Frage auf, ob europäische Hersteller zukünftig in der Lage sein werden, ihre etwas teureren Solarmodule abzusetzen.
Wie sich der Solarmodul Wirkungsgrad je nach Produkt unterscheidet
Wenn die gleiche Menge Sonnenlicht für die gleiche Zeitdauer auf zwei hocheffiziente Solarmodule mit unterschiedlichen Wirkungsgraden fällt, erzielt das effizientere Modul eine höhere elektrische Leistung als das weniger effiziente Modul. Die effizientesten sind in diesem Sinne also auch die beste Solarmodule. Der Wirkungsgrad der Solarzelle bestimmt den Wirkungsgrad des Solarmoduls, der von der Zusammensetzung, der elektrischen Konfiguration, den umgebenden Komponenten und vielem mehr beeinflusst wird. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle entspricht dem Prozentsatz des Sonnenlichts der in Strom umgewandelt wird.
In der Praxis bedeutet dies, dass bei zwei hocheffizienten Solarmodulen gleicher Größe, von denen eines einen Wirkungsgrad von 21 % und das andere einen Wirkungsgrad von 14 % aufweist, das Modul mit dem Wirkungsgrad von 21 % unter den gleichen Bedingungen 50 % mehr Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugt als das Modul mit dem Wirkungsgrad von 14 %. Die Einsparungen bei der Stromrechnung hängen also in hohem Masse von einem erstklassigen Wirkungsgrad der Solarmodule ab.
Die effizientesten Solarmodule: die Top 6
|Hersteller||Wirkungsgrad|
|SunPower||22.8%|
|LG||22.0%|
|REC Solar||21.7%|
|Hanwha Q-Cells||21.7%|
|CSUN||21.2%|
|Panasonic||21.2%|
Habe ich Solarmodule mit höheren Wirkungsgraden übersehen? Ich bin auf Deine Erkenntnisse gespannt; poste die Werte Deiner Module doch in der Community in der Facebook-Gruppe Photovoltaik Schweiz oder unsere Facebook-Seite Solarplattform Schweiz.
Die effizientesten Solarmodule auf dem Markt haben heute einen Wirkungsgrad von bis zu 22,8 Prozent, während die meisten Module eher einen Wirkungsgrad von um die 20 Prozent aufweisen. SunPower-Solarmodule mit hohem Wirkungsgrad sind dafür bekannt, dass sie die effizientesten auf dem Markt erhältliche Solarmodule sind. Obwohl sie einen höheren Preis haben, sind SunPower-Module oft der Favorit für alle jene, denen Effizienz am wichtigsten ist.
Maximale Produktion: Wenn das Ziel darin besteht, die von der Solaranlage erzeugte Strommenge zu maximieren und damit möglichst wenig Strom vom Energieversorger zu beziehen, die Ihnen zur Verfügung stehende Dachfläche für die Solaranlage jedoch begrenzt ist, sollte man sich für Solarmodule mit möglichst hohem Wirkungsgrad entscheiden. So kann man möglichst viel Leistung aus der Solaranlage herausholen und die Erzeugung erneuerbarer Energie maximieren.
Kosten vs. Wert: Hocheffiziente Solarmodule kosten in der Regel wegen der kostspieligeren Technologie mehr als ihre weniger effizienten Gegenstücke. Ist dieser Mehrpreis durch die höheren Stromproduktionsmengen gerechtfertigt? Das muss jeweils im Einzelfall geprüft werden. Eine höhere Produktion von erneuerbarer Energie bedeutet, dass weniger Strom vom Energieversorger gekauft werden muss, und dass mehr Energie ins Netz zurückverkauft werden kann. Hier kommen Solarrechner ins Spiel!
Wodurch wird die Effizienz von Solarmodulen bestimmt?
Es gibt einige Faktoren, die den Wirkungsgrad eines Solarmoduls bestimmen. Im Wesentlichen wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle dadurch bestimmt, wie viel einfallendes Sonnenlicht die Zelle in nutzbaren Strom umwandeln kann. Aber welche Faktoren spielen bei dieser Umwandlungsrate eine Rolle?
- Material – Die Art des Materials (monokristallines Silizium, polykristallines Silizium, Cadmiumtellurid, Dünnschicht usw.) beeinflusst die Umwandlung von Licht in Strom
- Verdrahtung und Stromschienen – Die Anordnung der Drähte und Stromschienen auf einem Solarmodul, die den Strom einfangen und übertragen, wirkt sich auf die Effizienz aus.
- Reflexion – Wird das Licht von einem Solarmodul reflektiert, kann sich der Wirkungsgrad verringern. Deshalb ist die Glasschicht auf der Oberseite von Solarzellen so wichtig.
- Wellenlänge/Frequenz des Lichts – Licht hat unterschiedliche Wellenlängen/ Frequenzen. Wenn Licht auf die Oberfläche einer PV-Zelle trifft, werden einige Wellenlängenbereiche reflektiert, andere gehen durch, und wieder andere werden absorbiert, je nach ihrer Frequenz und Wellenlänge. Ein Teil des absorbierten Lichts kann in Wärme umgewandelt werden, während das durchkommende Licht die richtige Energiemenge hat, um Elektronen aus ihren atomaren Bindungen zu lösen – Strom kann fliessen! Je mehr Längenwellenanteile am Licht (Infrarot, Ultraviolett und der „sichtbare Bereich“) ein Solarsystem absorbieren kann, desto höher ist der Wirkungsgrad der Solarzelle.
- Positionierung und Winkel – Um die maximale Menge an Sonnenlicht einzufangen, sind die richtige Installation des Solarmoduls und ein optimaler Winkel der Module zur Sonne entscheidend.
- Temperatur – Höhere Temperaturen führen zu einer geringeren Energieausbeute und einem niedrigeren Wirkungsgrad. Deshalb erreichen Solarmodule oft die höchste Leistung im Frühling und Herbst. Auf eine gute Lüftung der Solarmodule sollte geachtet werden, damit die Temperatur nicht zu sehr ansteigt.
- Klima – Der Wohnort beeinflusst die Stromausbeute ihrer Photovoltaikanlage. So funktionieren Solarzellen beispielsweise nicht mehr, wenn sich mehr als fünf Zentimeter Schnee auf dem Modul ansammeln. Auf der anderen Seite reflektiert Schnee das Sonnenlicht und kann so zu höherer Solarproduktion führen (sofern die eigene Solaranlage frei von Schnee ist).
- Schatten – Selbst ein kleiner Schatten auf einem einzelnen Modul kann die Gesamteffizienz des Systems verringern. Obwohl Schatten von den Herstellern der Module selbst nicht berücksichtigt wird, ist er ein wichtiger Faktor, den man bei der Installation von Solarmodulen berücksichtigen und nach Möglichkeit reduzieren sollte (z.B. durch Ausdünnen von Bäumen).
Darüber hinaus verändern Faktoren wie die Fähigkeit, Licht auf beiden Seiten einer Zelle zu absorbieren (bifaziale Solarmodule) und die Fähigkeit, unterschiedliche Wellenlängen des Lichts zu absorbieren (Mehrfachsolarmodule), die Effizienzgleichung für Solarmodule. Alles in allem gibt es eine Vielzahl von Hebeln, an denen Wissenschaftler und Forscher ziehen, wenn sie an der Verbesserung der Effizienz einer Solarzelle arbeiten. Letztendlich bleibt immer das Ziel, mehr einfallendes Sonnenlicht in Strom umzuwandeln.
Fragen und Antworten (FAQ) zu Solarmodulen findest Du hier.
Wie wird der Wirkungsgrad von Solarmodulen berechnet
Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls lässt sich berechnen, indem man die elektrische Leistung Ihrer Anlage durch die einfallende Strahlungsleistung dividiert. Die Strahlungsleistung beträgt in unseren Breiten an einem wolkenlosen Himmel ca. 1’000 Watt pro Quadratmeter (senkrecht zu den Sonnenstrahlen).
Was also tun um den Wirkungsgrad von einem 400 Watt Solarmodul zu berechnen? Wenn das Panel 2 Quadratmeter gross ist, so sollte es an einem wolkenlosen Tag und optimaler Ausrichtung 2000 Watt Strahlungsleistung einfangen. Wenn man 2000 Watt (Strahlungsleistung) durch 400 Watt (elektrische Leistung des Moduls) dividiert (und mit 100 multipliziert), erhält man einen Wirkungsgrad von 20 %:
400 Watt Ausgangsleistung / (1.000 Watt pro Quadratmeter x 2 Quadratmeter) = 20 % Wirkungsgrad