Partner

CHECK24 - Partnerprogramm

Photovoltaik Wirkungsgrad




Der Wirkungsgrad der Photovoltaik gibt an, wie effektiv eine Photovoltaikanlage das einfallende Licht in Solarenergie umwandelt. Er bestimmt also das Verhältnis von abgegebener und zugeführter Leistung. Die abgegebene Leistung ist nie größer als die zugeführte Leistung. Damit kann der Wirkungsgrad nicht größer als 1 sein. In der Photovoltaik unterscheidet man Zellen-, Modul und Systemwirkungsgrad.

Der Wirkungsgrad von kristallinen Silizium-Photovoltaikzellen liegt durchschnittlich bei 13 bis 18 Prozent. Demnach werden 13 bis 18 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes in elektrischen Strom umgewandelt. Der Modulwirkungsgrad ist geringer als der Zellenwirkungsgrad, wegen der nicht nutzbaren Zwischenräume der zum Modul verbundenen Photovoltaikzellen. Der Systemwirkungsgrad bezieht sich auf die gesamte Photovoltaikanlage und liegt noch unter dem Modulwirkungsgrad.

Dies hängt unter anderem mit dem Abfall durch Durchleitungsverluste zusammen.

Einschränkungen des Wirkungsgrades

Das einfallende Licht auf Photovoltaikmodule kann also nicht vollständig in elektrischen Strom umgewandelt werden. Das bedeutet, dass ein Teil der Strahlungsenergie immer verloren geht. Dies hat verschiedene Gründe. Unter anderem haben die verschiedenen Photovoltaikzelltypen monokristalline, polykristalline und amorphe oder Dünnschichtzellen unterschiedliche Wirkungsgrade.

Monokristalline Photovoltaikzellen besitzen einen Wirkungsgrad von etwa 12 Prozent. Der Wirkungsgrad von polykristallinen Zellen liegt bei 10 Prozent. Dünnschichtzellen haben einen Wirkungsgrad, der mit etwa 5 bis 8 Prozent deutlich unter dem von monokristallinen und polykristallinen Zellen liegt. Darüber hinaus wird das einfallende Sonnenlicht teilweise nicht in elektrische Energie, sondern in Wärme umgewandelt. Zusätzlich spielen unter anderem die Oberflächenbeschaffenheit der Photovoltaikmodule oder Materialverunreinigungen eine Rolle beim Verlust von Sonnenenergie. Auch ist die Leistung einer Photovoltaikzelle temperaturabhängig.

Je höher die Eigentemperatur der Solarzelle ist, desto niedriger ist ihr Wirkungsgrad. Ausgehend von einer Normtemperatur von 25 °C sinkt der Wirkungsgrad je ansteigendem Grad Celsius um etwa 25 Prozent. Bei einer Eigentemperatur der Photovoltaikzelle im Sommer von 60°C sinkt der Wirkungsgrad der Photovoltaikzellen von etwa 12 auf 10 Prozent. Schließlich stoßen alle Materialien an Grenzen der maximalen Stromausbeute. Bei kristallinem Silizium liegt der maximale Wirkungsgrad bei 28 Prozent.

Der Wirkungsgrad des Wechselrichters

Bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom verbraucht der Wechselrichter etwa vier bis acht Prozent der Energiemenge. Das bedeutet, der Wechselrichter erzielt einen europäischen Wirkungsgrad von 92 bis 96 Prozent. Der europäische Wirkungsgrad errechnet sich aus der Gewichtung der verschiedenen Teillastwirkungsgrade und Vollastwirkungsgrade auf der Grundlage der Häufigkeit ihres Auftretens. Der Umwandlungsgrad von Gleichstrom in Wechselstrom ist jedoch nicht gleichbleibend. So wird er zum Beispiel vom Wetter beeinflusst. Bei bewölktem Himmel arbeitet der Wechselrichter weniger effizient als bei klarem Himmel. Dies wirkt sich auch auf den Wirkungsgrad des Wechselrichters aus.

Verbesserung des Wirkungsgrades von Photovoltaikanlagen

Um den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen zu verbessern, werden verschiedene Ansätze untersucht. Unter anderem wird die Oberflächenbeschaffenheit von Solarmodulen verändert, um so den Reflexionsverlust des einfallenden Lichtes zu vermindern. Eine andere Möglichkeit ist es, das Strahlungsspektrum zu erhöhen, indem verschiedene Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Spektralbereichen verwendet werden, die so genannten Tandemzellen.

Im Labor wurden bei dieser Kombination aus Halbleitermaterialien Wirkungsgrade von mehr als 25 Prozent erzielt. Spiegel- und Linsensysteme können die Lichtintensität auf die Photovoltaikzellen erhöhen. Denkbar ist es auch, das innere elektrische Feld durch einen anderen als den herkömmlichen Übergang zu erzeugen. Elektrochemische Flüssigkeitszellen könnten außerdem die Lichtabsorption verbessern.


       

Erfahren Sie mehr über Photovoltaik