Der Modulwirkungsgrad in der Photovoltaik definiert das Verhältnis der abgegebenen elektrischen Leistung zur einfallenden Strahlungsleistung.
Er zeigt, wie effektiv ein Solarmodul Sonnenenergie in Strom umwandelt. Da die Temperatur der Module den Wirkungsgrad beeinflusst, setzen Experten genaue Messbedingungen für eine präzise Bestimmung ein.
Unter Standard-Testbedingungen beträgt die Modultemperatur 25 Grad und die Sonneneinstrahlung liegt bei einem Kilowatt pro Quadratmeter. So stellt man sicher, dass der ermittelte Modulwirkungsgrad verlässliche Werte liefert.
Top 10 beste Solarmodule 2023 gemessen am Modulwirkungsgrad im Vergleich*
| # | Make | Model | Watt | Wirkungsgrad |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Aiko Solar | Black Hole series | 460 W | 23.6 % |
| 2 | Recom Tech | Black Tiger | 460 W | 23.6 % |
| 3 | Longi Solar | Hi-Mo 6 Scientist | 450W | 23.0 % |
| 4 | SunPower | Maxeon 6 | 440 W | 22.8 % |
| 5 | Canadian Solar | Hi Hero HJT | 445 W | 22.8 % |
| 6 | Jinko Solar | Tiger NEO N-Type | 440 W | 22.5 % |
| 7 | Risen Energy | Hyper-Ion HJT | 440 W | 22.5 % |
| 8 | REC | Alpha Pure R | 430 W | 22.3 % |
| 9 | SPIC | Andromeda 2.0 | 440 W | 22.3 % |
| 10 | Qcells | Q.Tron-G1+ | 400 W | 22.3 % |
* Stand: Juni 2023. Paneele für Wohngebäude – 54 bis 66 Zellen, und 96/104-Zellen-Formate. Beinhaltet keine Module mit einer Länge von mehr als 2,0 m.
Wie wird der Modulwirkungsgrad berechnet?
Der Modulwirkungsgrad zeigt, wie viel Solarenergie ein Photovoltaik-Modul in Solarstrom umwandelt. Man berechnet ihn, indem man den erzeugten Solarstrom durch die auf das Modul treffende solare Strahlungsenergie teilt.
Dabei kann der Wirkungsgrad nie 100 % erreichen, da Energieverluste, etwa durch Reibung oder Wärme, unvermeidlich sind. Ein hoher Modulwirkungsgrad signalisiert also eine effiziente Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.
Wirkungsgrade verschiedener Solarzellen
- Monokristalline Solarzellen: Diese Zellen haben einen Wirkungsgrad von bis zu 24 %. Sie bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall und sind für ihre dunkle Farbe bekannt.
- Polykristalline Solarzellen: Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 18 % sind sie weniger effizient als monokristalline Zellen. Sie sind aus mehreren Siliziumkristallen gefertigt und haben eine bläuliche Färbung.
- Dünnschicht-Solarzellen: Diese Zellen erreichen Wirkungsgrade von bis zu 12 %. Sie sind flexibel und leicht, aber weniger effizient als kristalline Zellen.
- Organische Solarzellen: Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 15 % sind sie eine neuere Entwicklung in der Solarbranche. Sie bestehen aus organischen Materialien und sind flexibel.
- Perowskit-Solarzellen: Diese innovativen Zellen können Wirkungsgrade von bis zu 25 % und mehr erreichen. Sie sind eine der vielversprechendsten Entwicklungen in der Photovoltaik.
Unterschied Modulwirkungsgrad monokristallinen und polykristallinen Solarzellen
Monokristalline Solarzellen haben einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Zellen, da sie aus einem einzigen Siliziumkristall bestehen. Dies führt zu einer höheren Reinheit und Effizienz. Im Gegensatz dazu setzen polykristalline Solarzellen auf mehrere Siliziumkristalle, wodurch ihr Wirkungsgrad geringer ausfällt.
Jedoch punkten polykristalline Zellen mit kostengünstigerer Herstellung. Beide Zelltypen bieten je nach Projektanforderungen und Budget unterschiedliche Vorteile.
Warum ist der Wirkungsgrad einer gesamten Photovoltaikanlage geringer als der einer einzelnen Solarzelle?
- Verluste durch Verschattung: Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse können Teile der Anlage verschatten, wodurch der Energieertrag reduziert wird.
- Temperaturverluste: Bei höheren Temperaturen sinkt der Wirkungsgrad der Solarzellen.
- Verluste durch Verschmutzung: Staub, Vogelkot oder andere Ablagerungen auf den Modulen können den Lichteinfall reduzieren.
- Systemverluste: Komponenten wie Wechselrichter und Kabel verursachen Energieverluste während der Umwandlung und Übertragung.
- Alterung der Module: Mit der Zeit können Solarzellen an Effizienz verlieren.
- Toleranzen in der Produktion: Nicht alle Solarzellen in einem Modul oder einer Anlage haben genau denselben Wirkungsgrad.
Welche Faktoren beeinflussen den Modulwirkungsgrad eines Photovoltaik-Moduls?
| Faktor | Beschreibung |
|---|---|
| Material des Solarmoduls | Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Wirkungsgrade. Zum Beispiel haben monokristalline Solarzellen in der Regel einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline. |
| Temperatur | Die Leistung von Solarmodulen nimmt mit steigender Temperatur ab. Ein höherer Temperaturkoeffizient führt zu einem stärkeren Leistungsabfall bei höheren Temperaturen. |
| Einstrahlungswinkel | Der Winkel, unter dem das Sonnenlicht auf das Modul trifft, beeinflusst den Wirkungsgrad. Ein optimaler Einstrahlungswinkel sorgt für eine maximale Energieaufnahme. |
| Verschmutzung | Staub, Schmutz und andere Ablagerungen auf der Oberfläche des Moduls können die Lichtaufnahme reduzieren und somit den Wirkungsgrad verringern. |
| Alterung des Moduls | Mit der Zeit können Solarmodule an Effizienz verlieren. Dies kann durch verschiedene Faktoren wie UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen verursacht werden. |
| Verschattung | Wenn Teile des Moduls durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse verschattet werden, kann dies den Wirkungsgrad erheblich reduzieren. |
| Qualität der Verarbeitung | Die Qualität der Herstellung und Verarbeitung des Moduls kann den Wirkungsgrad beeinflussen. Hochwertige Module haben in der Regel einen höheren Wirkungsgrad. |
| Systemverluste | Verluste durch Kabel, Wechselrichter und andere Komponenten des PV-Systems können den Gesamtwirkungsgrad des Moduls beeinflussen. |
Was ist der Unterschied zwischen Modulwirkungsgrad und Zellenwirkungsgrad?
- Der Zellwirkungsgrad bezieht sich auf die Effizienz einzelner Solarzellen bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie.
- Der Modulwirkungsgrad hingegen bezieht sich auf die Gesamteffizienz eines Solarmoduls, das aus mehreren Solarzellen besteht.
- Während der Zellenwirkungsgrad die reine Leistungsfähigkeit einer Zelle misst, berücksichtigt der Modulwirkungsgrad auch Verluste durch Verkabelung, Rahmung und andere Modulkomponenten.
- In der Praxis ist der Modulwirkungsgrad oft niedriger als der Zellenwirkungsgrad, da zusätzliche Verluste auftreten können.
- Beide Wirkungsgrade sind entscheidend für die Bewertung der Leistungsfähigkeit von Solartechnologien.
Wie hat sich der Modulwirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen im Laufe der Jahre entwickelt?
| Jahr | Monokristalline Silizium-Module | Multikristalline Silizium-Module | Dünnschicht-Module |
|---|---|---|---|
| 2000 | 12-14% | 11-13% | 6-8% |
| 2005 | 14-16% | 13-15% | 7-9% |
| 2010 | 16-18% | 15-17% | 9-11% |
| 2015 | 18-20% | 17-19% | 10-12% |
| 2020 | 20-22% | 19-21% | 11-13% |
Quelle: Fraunhofer Institut
Welche Technologien oder Forschungen gibt es, um den Modulwirkungsgrad in der Zukunft zu verbessern?
Perowskit-Solarzellen: Eine vielversprechende Technologie mit dem Potenzial, höhere Wirkungsgrade und geringere Herstellungskosten zu erreichen.
Tandem-Solarzellen: Diese kombinieren mehrere Schichten unterschiedlicher Halbleitermaterialien, um ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts zu nutzen.
Quantenpunkte: Einsatz in Solarzellen zur Verbesserung der Lichtabsorption und Energieumwandlung.
Verbesserte Antireflexbeschichtungen: zur Minimierung von Lichtreflexionen und Maximierung der Lichtaufnahme.
Lichtkonzentratoren und -lenker: Systeme, die Sonnenlicht effizienter auf die Solarzellen leiten.
Neue Halbleitermaterialien: Forschung an alternativen Materialien zu Silizium, die potenziell höhere Effizienz bieten.
Organische Photovoltaik (OPV): Entwicklung organischer Solarzellen mit potenziell einfacherer und kostengünstigerer Herstellung.
Verbesserungen in der Herstellungstechnik: Optimierung der Fertigungsprozesse zur Steigerung der Zelleffizienz.
Fazit
Der Modulwirkungsgrad ist ein entscheidender Indikator für die Effizienz von Solarmodulen. Er gibt an, welcher Anteil des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass mehr Energie aus der gleichen Menge an Sonnenlicht gewonnen wird.
Dies ist besonders wichtig bei begrenztem Platzangebot, da effizientere Module mehr Energie auf kleinerem Raum produzieren können. Beim Kauf von Solarmodulen sollten Sie auf den Modulwirkungsgrad achten, um eine optimale Energieausbeute zu gewährleisten.
Berechne jetzt deine Solaranlage mit dem Solarrechner. (kostenlose & unverbindlich!)
