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Theoretisch kann ein Photovoltaikmodul einen Wirkungsgrad zwischen 0% und 100% erreichen. Ein 100-prozentiger Wirkungsgrad würde bedeuten, dass 100% der aufs Modul auftreffenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Solch ein Wirkungsgrad ist allerdings praktisch absolut unmöglich. Die Hälfte davon (50%) wird langsam realistisch.
Ende Dezember 2014 stellten die beiden Unternehmen Soitec und CEA Leti sowie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ein Photovoltaik-Modul vor, das einen Rekordwirkungsgrad von 46% aufwies.
Photovoltaik-Module mit hohem Wirkungsgrad wandeln auftreffende Sonnenenergie in höherem Maße in elektrische Energie um als Module mit niedrigerem Wirkungsgrad. Aus dem Wirkungsgrad lässt sich aber erst einmal nicht ableiten, wie hoch die elektrische Leistung ist, die durch das Modul gewonnen wird. Sie hängt beispielsweise auch davon ab, wie viel Energie auf das Modul auftrifft.
Nimmt man als Beispiel einen Wirkungsgrad von 15% und eine Strahlungsleistung der Sonne von 1.000 Watt pro Stunde und Quadratmeter, so erzeugt ein Modul, das ein Quadratmeter groß ist, in einer Stunde 150 Watt (15% von 1000). Scheint also etwa fünf Stunden lang die Sonne mit voller Kraft auf das Modul, produziert das Photovoltaik-Modul 750 Watt.
Die Rechnung ist natürlich stark vereinfacht. Die Strahlungsleistung der Sonne variiert, beispielsweise abhängig von der Bewölkung und von der Lage des Dachs, auf dem die Module montiert sind. Aber nicht nur die auf das Modul auftreffende Sonnenenergie variiert, sondern auch der Wirkungsgrad.
Der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen sinkt beispielsweise, wenn die Temperatur des Moduls ein gewisses Maß übersteigt. An heißen Sommertagen kann der Wirkungsgrad also im Vergleich zu warmen Herbsttagen sinken.
Da die auf das Photovoltaik auftreffende Strahlungsleistung der Sonne pro Tag im frühen Sommer aber oft deutlich größer ist als am Herbsttag, kann die gewonnene elektrische Leistung trotz eines niedrigeren Wirkungsgrads höher sein. Zudem kann die Bauart des Photovoltaikmoduls mit guter Wärmeableitung und eventuell zusätzlicher Hinterlüftung dafür sorgen, dass die Temperatur im Modul langsamer ansteigt. Das bedeutet dann auch, dass der Wirkungsgrad langsamer sinkt.
Monokristalline Photovoltaikzellen haben tendenziell höhere Wirkungsgrade als polykristalline Zellen, die wiederum einen höheren Wirkungsgrad als Dünnschichtmodule besitzen.