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Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist ein wesentliches Kriterium zur Beurteilung seiner Leistungsfähigkeit, da er bestimmt, wie gut dieses Gerät Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln kann. Je höher der Wirkungsgrad, desto effizienter ist das Solarmodul.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen, was der Ertrag eines Solarmoduls ist, wie man ihn berechnet (mit einem konkreten Beispiel) und welche Faktoren ihn beeinflussen. Außerdem geben wir Ihnen einige Tipps, wie Sie den Ertrag Ihrer Solaranlage optimieren und Ihre Investition schneller rentabel machen können. Los geht's!
Was ist der Wirkungsgrad eines Solarmoduls?
Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls, auch Energieeffizienz genannt, ist ein Parameter, der den Anteil der einfallenden Sonnenenergie angibt, der vom Solarmodul in "nutzbare" elektrische Energie umgewandelt wird. Er ist ein wichtiger Indikator für die Leistung eines Solarmoduls, da er die Effizienz bewertet, mit der es die empfangene Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt.
Wie Sie im weiteren Verlauf dieses praktischen Leitfadens sehen werden, ist der Wirkungsgrad von Solarmodulen ein komplexer Parameter, der von vielen Faktoren abhängt, die mit den Materialien, der Konstruktion, den Umweltbedingungen und der Installation zusammenhängen. Die Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarmodulen ist ein sehr dynamisches Forschungsgebiet, das den Herausforderungen der nachhaltigen Entwicklung, aber auch der Energiekrise gerecht wird.
Wie berechnet man den Wirkungsgrad eines Solarmoduls?
Gewöhnlich in Prozent (%) ausgedrückt, wird der Wirkungsgrad des Solarmoduls (η ) bestimmt, indem die vom Modul erzeugte elektrische Leistung oder "P_out" durch die auf die Moduloberfläche einfallende Sonnenleistung oder "P_in" geteilt und mit 100 multipliziert wird, um einen Prozentsatz zu erhalten.
Hier ist also die Formel, mit der man den Ertrag eines Solarmoduls berechnen kann:
Wie wir sehen werden, wirken sich mehrere Faktoren auf den Wirkungsgrad von Solarmodulen aus, aber es gibt je nach Art der Solarzelle mehr oder weniger zuverlässige Durchschnittswerte (zwischen 10 und 22 %), wobei ein theoretischer Grenzwert bei 31 % festgelegt wurde.
Beispiel für die Berechnung des Ertrags eines Solarmoduls
lassen Sie uns ein Beispiel für die Berechnung des Ertrags eines Solarmoduls betrachten. Angenommen, Sie haben ein Solarmodul, von dem Sie die maximale elektrische Ausgangsleistung (Pmax) und die Fläche kennen, und Sie möchten den Wirkungsgrad berechnen.
- Maximale elektrische Ausgangsleistung (Pmax): Angenommen, das Solarpanel hat eine maximale Leistung von 300 W ;
- Fläche des Solarpanels (S): Angenommen, sie ist 2 m² groß ;
- Standard-Sonneneinstrahlung (G): 1 kW/m² (1000 W/m²) ;
- Einfallende Sonnenleistung (P_in): Multiplizieren Sie die Fläche des Solarmoduls mit der Standard-Sonneneinstrahlung. P_in = S * G = 2 m² * 1000 W/m² = 2000 W ;
- Wirkungsgrad des Solarpanels (η): η = (Pmax / P_in) * 100 η = (300 W / 2000 W) * 100 = 15 %
In diesem Beispiel beträgt der Wirkungsgrad des Solarpanels 15 %. Das bedeutet, dass 15 % der einfallenden Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden, während der Rest als Wärme oder Reflexion verloren geht.
Warum sollte man den Wirkungsgrad eines Solarmoduls messen?
Der Wirkungsgrad ist ein entscheidender KPI bei der Bewertung der Gesamtleistung eines Solarmoduls, sowohl für Fachleute als auch für Nutzer. Die Messung des Wirkungsgrads von Solarmodulen ermöglicht es insbesondere, die Leistung verschiedener Solartechnologien zu bewerten und zu vergleichen, Photovoltaikanlagen zu dimensionieren und zu optimieren oder, wenn Sie ein Fachmann oder Enthusiast sind, den technologischen Fortschritt im Bereich der Solarenergie zu verfolgen.
Wir haben für Sie die verschiedenen Nützlichkeiten der Messung des Ertrags von Solarmodulen zusammengestellt:
|Nutzen der Berechnung des Wirkungsgrades eines Solarpanels||Erklärung|
|Vergleich von Technologien||Anhand des Wirkungsgrads kann die Leistung verschiedener Technologien für Solarpaneele und Halbleitermaterialien verglichen werden. Dies hilft Forschern und Herstellern, die vielversprechendsten Technologien zu identifizieren und ihre Anstrengungen auf deren Entwicklung und Verbesserung zu konzentrieren.|
|Wahl des Solarpanels||Für Installateure und Verbraucher ist der Wirkungsgrad ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl von Solarmodulen. Ein Panel mit einem hohen Wirkungsgrad wird auf einer bestimmten Fläche mehr elektrische Energie erzeugen, was besonders in Situationen mit begrenztem Platzangebot wichtig ist.|
|Berechnung der Energieproduktion||Den Wirkungsgrad eines Solarmoduls zu kennen ist entscheidend, um die Energieproduktion eines Photovoltaiksystems abzuschätzen. Installateure und Ingenieure können diese Information nutzen, um Systeme richtig zu dimensionieren und die Energiemenge zu bestimmen, die ein System im Laufe seiner Lebensdauer erzeugen wird.|
|Bewertung von Qualität und Zuverlässigkeit||Ein hoher Wirkungsgrad wird in der Regel mit einer hohen Fertigungsqualität und hochwertigen Materialien in Verbindung gebracht. Durch den Vergleich des Wirkungsgrads von Solarmodulen verschiedener Hersteller können sich Verbraucher und Installateure ein Bild von der Qualität und Zuverlässigkeit der Produkte machen.|
|Verfolgung des technologischen Fortschritts||Die Messung des Wirkungsgrads von Solarmodulen ermöglicht es, die Fortschritte in der Forschung und Entwicklung neuer Solartechnologien zu verfolgen. Forscher und Hersteller können so die Wirksamkeit ihrer Innovationen bewerten und ihre Bemühungen auf eine weitere Verbesserung der Energieeffizienz von Solarmodulen ausrichten.|
Nehmen wir Faktor Nummer drei. Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist ein entscheidender Indikator dafür, wie viel Energie ein Photovoltaiksystem (PV) in einem bestimmten Zeitraum erzeugen kann. Wenn beispielsweise ein 1 m² großes Solarmodul eine Sonneneinstrahlung von 1000 W/m² erhält und einen Wirkungsgrad von 20 % hat, beträgt die erzeugte elektrische Leistung :
P_out = Ertrag × P_in × Fläche
P_out = 0,2 × 1000 W/m² × 1 m²
P_out = 200 W
So wird dieses Solarpanel Folgendes produzieren 200 W elektrischer Energie unter optimalen Bedingungen.
Was ist der Unterschied zwischen Produktion und Ertrag eines Solarpanels?
In der breiten Öffentlichkeit herrscht immer noch eine gewisse Verwirrung zwischen der Produktion und dem Wirkungsgrad eines Solarmoduls. Diese beiden Größen sind zwar unterschiedlich, aber eng miteinander verbunden:
- Der Wirkungsgrad eines Solarpanels misst die Effizienz, mit der das Panel die einfallende Sonnenenergie in elektrische Energie umwandelt. Er wird in Prozent angegeben und durch den Vergleich der vom Panel erzeugten elektrischen Leistung mit der auf seine Oberfläche einfallenden Sonnenenergie ermittelt. Er ist also ein Indikator Panelspezifisch(z. B. Mono-Si, Multi-Si, CdTe, CIGS usw.), der Herstellungsqualität, möglichen optischen und elektrischen Verlusten, der Betriebstemperatur und dem Lichteinfallswinkel;
- Die Produktionbezieht sich hingegen auf die Menge an elektrischer Energie, die von einem Solarmodul in einem bestimmten Zeitraum tatsächlich erzeugt wird, üblicherweise ausgedrückt in Kilowattstunden (kWh) oder Megawattstunden (MWh). Die Produktion hängt von mehreren Faktoren ab, wie dem Wirkungsgrad des Solarmoduls, der Menge der einfallenden Sonnenenergie (Sonneneinstrahlung), den Umweltbedingungen (Temperatur, Wolkendecke und Schatten) und der Installation (Ausrichtung, Neigung, Qualität des Montagesystems).
Welche Faktoren wirken sich auf die Leistung eines Solarmoduls aus?
Der Wirkungsgrad von Solarmodulen ist ein komplexer Parameter, der von mehreren Faktoren abhängt. Die folgende Tabelle listet diese Variablen auf und bietet in der zweiten Spalte weiterführende Erklärungen für ein fachkundigeres Publikum.
|Faktor||Erklärung||Einfluss auf den Ertrag(Note von 5)|
|Typ der Solarzelle||Einkristallines Silizium (Mono-Si): Wirkungsgrad zwischen 18 % und 22 %S Polykristallines Silizium (Multi-Si): Wirkungsgrad zwischen 15 % und 18 dmiumtellurid (CdTe) : Wirkungsgrad zwischen 10 % und 12 %Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS): Wirkungsgrad zwischen 12 % und 16 %Perowskite: potenzieller Wirkungsgrad bis zu 25 % (aufstrebende Technologie).||5/5|
|Qualität der Herstellung||Die Defektrate im Halbleitermaterial kann die Rekombination von Ladungsträgern erhöhen.Die gleichmäßige Dicke und Zusammensetzung der Absorptionsschicht verbessert die Lichtabsorption und den WirkungsgradDie Qualität der Metallkontakte beeinflusst die festgestellten elektrischen Verluste.||4/5|
|Optische Verluste||Der Reflexionsgrad (Prozentsatz des von der Paneloberfläche reflektierten Lichts) und die parasitäre Absorption durch nicht aktive Materialien wirken sich auf den Wirkungsgrad aus.||3/5|
|Elektrische Verluste||Vor allem wegen des Innenwiderstands des Halbleitermaterials, der Verbindungen und der Metallkontakte.||3/5|
|Betriebstemperatur||Dieser Faktor wird durch den Temperaturkoeffizienten gemessen. Bei Siliziumzellen sinkt der Wirkungsgrad oberhalb von 25° C um 0,3 % pro Grad Celsius.||4/5|
|Einfallswinkel des Lichts||Die Absorption ist am höchsten und der Wirkungsgrad am besten, wenn das Licht senkrecht auf die Oberfläche des Solarmoduls fällt.||3/5|
|Schattierungseffekte||Sie können durch die Verwendung von Bypass-Dioden und durch Optimierung des Designs neutralisiert werden.||3/5|
|Die Einrichtung||Ausrichtung, Neigung und Belüftung wirken sich auf den Ertrag des Solarmoduls aus.||4/5|
Wie kann man den Ertrag eines Solarmoduls optimieren?
Der Ertrag eines Solarmoduls hängt von mehreren, manchmal exogenen Faktoren ab, aber der Nutzer hat einen kleinen Spielraum, um ihn zu optimieren. Wir erklären es Ihnen.
#1 Der Grad der Sonneneinstrahlung
Je höher die Sonneneinstrahlung, desto höher ist die Energieproduktion. Es ist entscheidend, einen Standort mit einer guten Sonneneinstrahlung zu wählen, um die Leistung der Solarmodule zu maximieren. Wetterdaten und der Solaratlas können Ihnen dabei helfen, die Sonneneinstrahlung in Ihrer Region zu bestimmen.
#2 Die Ausrichtung von Sonnenkollektoren
In der nördlichen Hemisphäre sollten die Solarpaneele nach Süden ausgerichtet sein, um möglichst viel Sonnenlicht einzufangen. Umgekehrt sollten sie in der südlichen Hemisphäre nach Norden ausgerichtet sein. Eine Ost- oder Westausrichtung kann ebenfalls in Betracht gezogen werden, kann aber den Gesamtwirkungsgrad etwas verringern.
#3 Die Neigung von Sonnenkollektoren
Der optimale Neigungswinkel hängt vom Breitengrad des Aufstellungsortes ab und ändert sich im Laufe des Jahres. In der Regel ist der optimale Neigungswinkel gleich dem Breitengrad des Installationsortes. Um den Ertrag zu maximieren, kann der Neigungswinkel der Solarpaneele zu verschiedenen Jahreszeiten angepasst werden.
#4 Der Einfluss der Temperatur
Die Leistung von Sonnenkollektoren nimmt mit steigender Temperatur ab. Eine gute Belüftung und ein ausreichender Abstand zwischen den Paneelen und dem Dach können dazu beitragen, eine optimale Betriebstemperatur zu erhalten und den Ertrag zu steigern.
#5 Der Einfluss von Beschattungen
Schatten kann einen erheblichen negativen Einfluss auf die Leistung von Solarmodulen haben. Nach Möglichkeit sollte versucht werden, die Installation von Solarmodulen in Bereichen, die zu Verschattung neigen, wie unter Bäumen oder in der Nähe von hohen Gebäuden, zu vermeiden. Die Verwendung von Solarmodulen mit Bypass-Dioden oder Mikro-Wechselrichtern kann die Auswirkungen einer teilweisen Verschattung möglicherweise verringern.
#6 Die Technologie des Solarpanels
Solarpaneele aus monokristallinem Silizium haben in der Regel einen höheren Wirkungsgrad als solche aus polykristallinem Silizium oder anderen Technologien.
#7 Die Wartung von Sonnenkollektoren
Staub, Ablagerungen und Schmutz können sich auf der Oberfläche der Paneele ansammeln und die Leistung verringern, indem sie das Sonnenlicht blockieren.
Wie sich eine Sonnenkollektoranlage rentiert
Im Durchschnitt amortisiert sich die Investition in Solarmodule in etwa 15 Jahren ... und diese Rentabilitätsschwelle tendiert dazu, sich mit sinkenden Modulpreisen und steigenden Energiepreisen zu beschleunigen. Verschiedene Maßnahmen können Ihnen helfen, Ihre Investition schneller rentabel zu machen:
- Bewertung des Solarpotenzials des Standorts vor der Installation ;
- Auswahl hochwertiger Solarpaneele aus monokristallinem Silizium ;
- Optimierung von Ausrichtung und Neigung im Laufe des Tages und des Jahres ;
- Stellen Sie sicher, dass die Installation von qualifizierten Fachleuten durchgeführt wird und dass die Dimensionierung des Systems auf Ihren Energiebedarf abgestimmt ist;
- Führen Sie eine regelmäßige Wartung der Solaranlage durch: Reinigen Sie die Paneele, inspizieren Sie die Kabel, Halterungen und Wechselrichter ... ;
- Verwendung eines hochwertigen Wechselrichters ;
- Passen Sie Ihren Energieverbrauch an die Sonnenstunden an und ziehen Sie die Installation eines Energiespeichersystems in Betracht, um überschüssige Energie zu nutzen ;
- Nutzen Sie staatliche Anreize und Zuschüsse ;
- Wenn Ihre Solaranlage mehr Strom erzeugt, als Sie verbrauchen, sollten Sie erwägen, die überschüssige Energie an das Stromnetz zu verkaufen.
Über den Autor
JulienDer Autor hat einen Abschluss in Maschinenbau und ist Spezialist für Klimatechnik seit 2009, hat sich zum Fachredakteur für erneuerbare Energien umgeschult, mit Expertise in Wärmepumpen und photovoltaische Sonnenkollektoren für den individuellen Wohnungsbau.