Wie effektiv sind Solarzellen?

Die meisten Solarzellen haben nur einen geringen Wirkungsgrad: Photovoltaik-Module weisen i.d.R. Wirkungsgrade von unter 10% auf.

Gute monokristalline Solarmodule erreichen auch Wirkungsgrade von 20 bis 22%, polykristalline Solarmodule kommen auf 15 bis 20% Wirkungsgrad. Billig-Solarmodule aus amorphem Silizium liegen bei ca. 7% Wirkungsgrad.

Was bezeichnet eigentlich der Wirkungsgrad bei Solarzellen?

Mit dem Wirkungsgrad wird bei Solarzellen angegeben, wieviel der zur Verfügung stehenden Energie von der Photovoltaik-Zelle, einem Modul oder auch einer ganzen Anlage in Solarstrom umgewandelt wird. Bei genauer Betrachtung muss nicht nur der Wirkungsgrad der einzelnen Zellen oder Module betrachtet werden, sondern auch die Verluste durch Wechselrichter oder Verkabelung berücksichtigt werden.

Umwandlung Gleichstrom in Wechselstrom bedeutet immer Verlust

Immer dann, wenn Gleichstrom in einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird, ist mit Verlusten zu rechnen. In einem Wechselrichter geht gerne einmal 4% der Energie verloren. Auf das ganze Jahr gerechnet ist das erheblich.

Nie zu dünne Leitungen zur Verkabelung nehmen

An den Leitungen zur Verkabelung von Solaranlagen sollte man nicht sparen: Zu dünne Leitungsquerschnitte verursachen hohe Verluste. Je kürzer die Kabel desto besser. Der Wechselrichter sollte auch möglichst nahe am Einspeisepunkt stehen, weil auf der Wechselstromseite Leitungsverluste größer sind als auf der Gleichstromseite.

Wirkungsgrad-Berechnung bei Solarzellen

Bei Solarzellen wird die Effektivität in Form des Wirkungsgrads berechnet, indem man die einströmende Strahlungsenergie durch die abgegebene Energie eilt. Dieser Quotient, der mit dem griechischen Zeichen Eta angegeben wird, zeigt in Prozent den Wirkungsgrad an.

Auch niedrige Wirkungsgrade bei Solaranlagen sind akzeptabel

Bei der Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage muss man beachtet, dass mit steigendem Wirkungsgrad auch die Anschaffungskosten deutlich steigen. Da Photovoltaikanlagen ja keine weiteren Kosten für Brennstoffe erfordern und auch keine Schadstoffe ausstoßen und fast kostenlos Energie liefern, kann auch die Anschaffung einer Anlage mit geringem Wirkungsgrad, die dann aber kontinuierlich Strom liefert, akzeptabel sein, wenn dies zu niedrigeren Kosten pro Kilowattstunde Strom führt.

Keine Solarzelle kann 100% des Lichts verarbeiten

Auch die fortschrittlichste Solarzelle kann nicht 100% des einströmenden Lichts in Strom-Energie umwandeln. Das liegt schlichtweg daran, dass jede Substanz nur eine bestimmte Wellenlänge des Lichts verarbeiten kann und nicht das ganze Spektrum. Ein Teil des Lichtspektrums wird also nicht in Strom umgewandelt. Je nach Einstrahlintensität wären maximale Wirkungsgrade bei monokristallinen Siliziummodulen von vielleicht 29 bis 33% denkbar.

Tandem-Solarzellen arbeiten mit höherem Wirkungsgrad

In dem Wissen, dass Solarzellen nur bestimmte Wellenlängen in Strom umwandeln, hat man mittlerweile sogenannte Tandem-Solarzellen konstruiert, deren oberste Schicht einen Teil des Lichtspektrums in Strom verwandelt, den anderen Teil aber durchlässt. Der durchgelassene Teil des Lichts fällt auf einen tieferen Teil, wo ein weiterer Teil des Spektrums zu Strom umgewandelt wird. Indem man so verschiedenen Materialien in der Solarzelle einsetzt, die quasi nacheinander verschiedene Spektral-Anteile des Lichts in Strom umwandeln, erreicht man Wirkungsgrade von über 40%.
Die oberste Schicht der Tandem-Solarzelle absorbiert das Licht mit der kurzen Wellenlänge, was mit hoher Energie verbunden ist, während die unteren Schichten eher langwellige Strahlen in Strom umwandeln. Noch ist das Verfahren relativ teuer und findet vor allen Dingen extraterrestrisch Anwendung, z.B. bei Solarsegeln von Satelliten im Weltall. In der Zukunft wären aber auch Tandem-Solarzellen für den Hausbau mit Wirkungsgraden von bis zu 80% denkbar.

Solarzellen - nachhaltiger Strom

Die Stromgewinnung aus Solarzellen gilt auf jeden Fall als nachhaltig, da nach einmaliger Installation nicht regelmäßig Brennstoffe verbraucht werden. Mit Solarzellen können nicht nur Haushalte mit Strom versorgt werden, sondern ? z.B. auf Carports montiert ? auch Elektroautos aufgeladen werden.

Fragen zu Solarzellen für Ihr Haus?

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