Das Wichtigste in Kürze
Reflexionsverluste sind der Teil des Sonnenlichts, den ein Solarmodul zurückwirft, statt ihn in Strom umzuwandeln. Bei einer fest montierten Photovoltaikanlage kosten sie nur wenige Prozent Ertrag, weil Hersteller Zelle und Glas entspiegeln. Entscheidend ist der Winkel: Je flacher das Licht einfällt, desto mehr wird gespiegelt.
- Verlust durch flachen Lichteinfall bei fest montierten Anlagen: 2 bis 4 Prozent des Sonnenlichts (laut PVGIS)
- Blankes Silizium ohne Behandlung: über 30 Prozent Reflexion (laut PVEducation)
- Glatte, unbeschichtete Glasfläche bei senkrechtem Licht: rund 4 Prozent (eigene Rechnung)
- Dieselbe Glasfläche bei 80 Grad Abweichung von der Senkrechten: rund 39 Prozent (eigene Rechnung)
- Entspiegeltes Frontglas: etwa 3 Prozent mehr Lichtdurchlass (laut Forschungsverbund DuraMAT)
Was sind Reflexionsverluste?
Reflexionsverluste sind das Sonnenlicht, das von einem Solarmodul zurückgeworfen wird und deshalb keinen Strom erzeugt. Man kennt den Effekt von einer Fensterscheibe: Ein Teil des Lichts geht hindurch, ein Teil spiegelt sich. Beim Solarmodul passiert das Gleiche, nur dass jedes gespiegelte Lichtteilchen verlorener Ertrag ist.
Gespiegelt wird an zwei Stellen. Zuerst trifft das Licht auf das Frontglas, danach auf die Oberfläche der Solarzelle. Fachleute zählen Reflexionsverluste zu den optischen Verlusten, also zu den Verlusten, die entstehen, bevor die Zelle überhaupt arbeiten kann.
Wie hoch sind Reflexionsverluste?
Reflexionsverluste kosten eine fest montierte Photovoltaikanlage über das Jahr nur wenige Prozent Ertrag. Das EU-Rechenprogramm PVGIS, mit dem Erträge in ganz Europa berechnet werden, nennt für den flachen Lichteinfall einen Verlust von 2 bis 4 Prozent des Sonnenlichts. Bei Anlagen, die der Sonne nachgeführt werden, fällt er laut PVGIS geringer aus.
Dass der Wert so klein ist, liegt an der Entspiegelung. Blankes Silizium würde laut dem Lehrwerk PVEducation über 30 Prozent des Lichts zurückwerfen. Fast ein Drittel der Sonnenenergie wäre damit verloren, bevor sie die Zelle erreicht. Erst die Behandlung der Oberfläche macht aus einem grauen, spiegelnden Siliziumplättchen eine dunkle Solarzelle.
Ein Rechenbeispiel zeigt die Größenordnung. Liefert eine Anlage 10.000 Kilowattstunden im Jahr, entsprechen 2 bis 4 Prozent einer Menge von 200 bis 400 Kilowattstunden. Diese Menge ist in einer Ertragsprognose mit PVGIS bereits abgezogen. Sie müssen sie also nicht zusätzlich einrechnen.
Warum spiegelt ein Solarmodul überhaupt?
Ein Solarmodul spiegelt, weil Licht an jeder Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen teilweise zurückgeworfen wird. Wie stark, hängt vom Brechungsindex ab. Diese Zahl beschreibt, wie sehr ein Stoff das Licht abbremst und ablenkt. Je größer der Sprung zwischen zwei Stoffen, desto mehr Licht prallt an der Grenze ab.
Luft hat den Brechungsindex 1, Glas etwa 1,5. Der Sprung ist klein, deshalb spiegelt eine glatte Glasscheibe bei senkrechtem Licht nur rund 4 Prozent. Das lässt sich mit den Fresnel-Formeln der Optik nachrechnen. Silizium liegt dagegen bei etwa 3,5, mit diesem Wert rechnet PVEducation. Der Sprung von Luft zu Silizium ist so groß, dass rechnerisch rund 31 Prozent zurückgeworfen werden.
Für senkrechtes Licht gilt: Reflexion = ((n2 - n1) / (n2 + n1))². Für Luft und Glas ergibt das ((1,5 - 1) / (1,5 + 1))² = 0,04, also 4 Prozent. Für Luft und Silizium ergibt es ((3,5 - 1) / (3,5 + 1))² = 0,31, also 31 Prozent.
Einfallswinkel: Wann wird am meisten gespiegelt?
Am meisten gespiegelt wird, wenn das Licht flach über das Modul streift. Trifft es senkrecht auf, ist die Reflexion am geringsten. Der Einfallswinkel wird dabei von der Senkrechten aus gemessen: 0 Grad heißt, die Sonne steht genau über der Modulfläche, 90 Grad heißt, das Licht läuft parallel zum Glas.
Bis etwa 45 Grad ändert sich wenig. Danach steigt die Reflexion steil an. PVGIS beschreibt es so: Verläuft das Licht fast parallel zur Moduloberfläche, wird nahezu alles zurückgeworfen. Flache Winkel entstehen früh am Morgen, spät am Abend und im Winter, wenn die Sonne tief steht.
| Einfallswinkel zur Senkrechten | Gespiegelt | Dringt ins Glas ein |
|---|---|---|
| Senkrecht (0 Grad) | 4,0 % | 96,0 % |
| 30 Grad | 4,2 % | 95,8 % |
| 45 Grad | 5,0 % | 95,0 % |
| 60 Grad | 8,9 % | 91,1 % |
| 70 Grad | 17,1 % | 82,9 % |
| 80 Grad | 38,8 % | 61,2 % |
Die Werte gelten für die reine Glasoberfläche ohne Beschichtung. Ein echtes Modul mit entspiegeltem Glas schneidet besser ab. Die Rechnung zeigt aber das Prinzip: Der Verlust entsteht fast nur in den Stunden mit flachem Licht. In diesen Stunden liefert die Sonne ohnehin wenig Energie. Deshalb bleibt der Jahresverlust bei wenigen Prozent, obwohl die Reflexion zeitweise hoch ist.
Für direkte Strahlung lässt sich der Winkel genau angeben. Diffuse Strahlung aus Wolken und Himmel kommt dagegen aus allen Richtungen gleichzeitig, ein Teil davon immer auch flach.
Was tun Hersteller gegen Reflexionsverluste?
Hersteller senken Reflexionsverluste mit drei Maßnahmen: einer aufgerauten Zelloberfläche, einer Antireflexschicht auf der Zelle und entspiegeltem Frontglas. Alle drei stecken ab Werk im Modul. Nachträglich können Sie daran nichts ändern, wohl aber beim Kauf darauf achten.
Aufgeraute Zelloberfläche
Die Oberfläche der Siliziumzelle wird chemisch geätzt, bis sie aus winzigen Pyramiden besteht. PVEducation erklärt den Nutzen so: Jede Aufrauung erhöht die Chance, dass gespiegeltes Licht noch einmal auf die Oberfläche trifft, statt in die Luft zu entweichen. Das Licht bekommt also eine zweite Gelegenheit, in die Zelle einzudringen.
Bei monokristallinen Solarzellen funktioniert das besonders gut, weil der Kristall einheitlich ausgerichtet ist. Bei polykristallinen Solarzellen hat laut PVEducation nur ein kleiner Teil der Oberfläche die passende Ausrichtung, die Pyramidenätzung wirkt dort schwächer. Das ist ein Grund, warum monokristalline Zellen dunkler aussehen.
Antireflexschicht auf der Zelle
Auf die Pyramiden kommt eine durchsichtige Schicht, die dünner ist als ein Zehntausendstel Millimeter. Ihre Dicke beträgt ein Viertel der Lichtwellenlänge in diesem Material. Dadurch treffen zwei gespiegelte Lichtwellen genau versetzt aufeinander und löschen sich gegenseitig aus. PVEducation zufolge wird die Schicht auf Licht mit 0,6 Mikrometer Wellenlänge abgestimmt, das ist gelb-oranges Licht. Wie die Schicht aufgebaut ist und welche Materialien es gibt, steht im Beitrag zur Antireflexbeschichtung.
Entspiegeltes Frontglas
Auch das Glas über den Zellen lässt sich entspiegeln. Üblich ist eine poröse Schicht aus Siliziumdioxid. Der US-Forschungsverbund DuraMAT, hier unter Leitung des Lawrence Berkeley National Laboratory, beziffert den Gewinn auf etwa 3 Prozent mehr Lichtdurchlass. Dieselbe Quelle weist darauf hin, dass noch nicht bekannt ist, wie lange solche Glasbeschichtungen im Freien halten.
Eine einzelne Antireflexschicht passt nur für eine Lichtfarbe genau. Sonnenlicht besteht aber aus vielen Farben. Für alle anderen bleibt eine kleine Spiegelung übrig. Deshalb schimmern viele Solarzellen bläulich: Blaues Licht wird etwas stärker zurückgeworfen als gelbes.
Was können Sie als Betreiber tun?
Als Betreiber beeinflussen Sie Reflexionsverluste über drei Dinge: die Modulwahl, die Neigung und die Sauberkeit der Glasfläche. Der Spielraum ist klein, weil der Verlust insgesamt klein ist. Es lohnt sich deshalb nicht, eine Anlage nur wegen der Reflexion anders zu planen.
- Datenblatt lesen: Achten Sie auf die Angabe Antireflexglas oder AR-Glas. Sie zeigt, dass auch das Frontglas entspiegelt ist.
- Neigung passend wählen: Je steiler die Sonne über das Jahr auf die Module trifft, desto weniger wird gespiegelt. Welche Werte sinnvoll sind, zeigen die Beiträge zum Neigungswinkel und zur Ausrichtung der Solaranlage.
- Glas schonend reinigen: Die Entspiegelung sitzt außen auf dem Glas. Scheuermittel und harte Bürsten können sie beschädigen. Mehr dazu unter Solarreinigung.
- Ertrag im Blick behalten: Vergleichen Sie den Jahresertrag mit der Prognose, zum Beispiel mit dem PV-Ertragsrechner.
Bei flach liegenden Modulen, etwa auf einem Flachdach ohne Aufständerung, trifft das Licht häufiger schräg auf. Hier zahlt sich entspiegeltes Glas am ehesten aus. Dasselbe gilt für Module mit gutem Schwachlichtverhalten, denn flaches Licht und schwaches Licht treten oft gemeinsam auf.
Reflexionsverluste sind nur einer von mehreren Posten. Wärme, Verschattung und Kabelverluste kosten oft mehr. Wie gut eine Anlage insgesamt arbeitet, zeigt die Performance Ratio.
Häufige Fragen zu Reflexionsverlusten
Was sind Reflexionsverluste bei Solarmodulen?
Reflexionsverluste sind der Teil des Sonnenlichts, den ein Solarmodul zurückwirft, statt ihn in Strom umzuwandeln. Das Licht wird am Frontglas und an der Oberfläche der Solarzelle gespiegelt. Dieser Anteil fehlt der Zelle und senkt den Ertrag.
Wie hoch sind die Reflexionsverluste einer Photovoltaikanlage?
Für fest montierte Anlagen nennt das EU-Rechenprogramm PVGIS einen Verlust von 2 bis 4 Prozent des Sonnenlichts durch flachen Lichteinfall. Blankes Silizium ohne jede Behandlung würde laut dem Lehrwerk PVEducation über 30 Prozent des Lichts zurückwerfen. Textur und Antireflexschicht verhindern das.
Welche Rolle spielt der Einfallswinkel bei Reflexionsverlusten?
Je flacher das Licht auf das Modul trifft, desto mehr wird gespiegelt. Eine glatte Glasfläche wirft bei senkrechtem Einfall rund 4 Prozent zurück, bei 60 Grad Abweichung von der Senkrechten rund 9 Prozent und bei 80 Grad rund 39 Prozent. Das sind eigene Rechenwerte für unbeschichtetes Glas.
Wie lassen sich Reflexionsverluste verringern?
Die Hersteller rauen die Zelloberfläche auf, tragen eine Antireflexschicht auf und entspiegeln das Frontglas. Als Betreiber wählen Sie Module mit Antireflexglas, achten auf eine passende Neigung und halten die Glasfläche sauber.
Welche Verluste entstehen bei Photovoltaikanlagen außerdem?
Neben den Reflexionsverlusten gibt es Verluste durch Wärme, durch Verschattung und Schmutz, in den Kabeln und im Wechselrichter. Alle zusammen zeigt die Performance Ratio, das Verhältnis von tatsächlichem zu theoretisch möglichem Ertrag.
Warum hat meine PV-Anlage plötzlich weniger Leistung?
An Reflexionsverlusten liegt ein plötzlicher Einbruch nicht, denn sie ändern sich nur langsam mit dem Sonnenstand. Wahrscheinlicher sind neue Schatten, starker Schmutz, ein defektes Modul oder eine Störung am Wechselrichter. Lassen Sie die Anlage in diesem Fall von einem Fachbetrieb prüfen.
Können Reflexionsverluste komplett vermieden werden?
Nein. An jeder Grenze zwischen zwei Stoffen, die das Licht unterschiedlich stark brechen, wird ein Teil gespiegelt. Eine einzelne Antireflexschicht löscht die Spiegelung nur für eine Lichtfarbe ganz aus, für alle anderen bleibt ein Rest.
Fazit
Reflexionsverluste gehören zu jeder Solaranlage, sind aber kein Grund zur Sorge. Textur, Antireflexschicht und entspiegeltes Glas drücken sie so weit, dass über das Jahr nur wenige Prozent des Lichts verloren gehen. In einer seriösen Ertragsprognose ist dieser Posten bereits enthalten.
Für Ihre Planung reicht es, auf Antireflexglas im Datenblatt zu achten und die Module nicht unnötig flach zu legen. Wichtiger für den Ertrag sind ein schattenfreier Platz und eine gute Planung der PV-Anlage.
Quellen und Methodik
Die Angaben zu Silizium, Textur und Antireflexschicht stammen aus dem Lehrwerk PVEducation von Christiana Honsberg und Stuart Bowden, der Jahresverlust aus der Methodenbeschreibung von PVGIS, der Wert für entspiegeltes Glas vom Forschungsverbund DuraMAT. Die Winkelwerte, die 4 und 31 Prozent sowie das Rechenbeispiel sind eigene Rechnungen mit den Fresnel-Formeln. Solar.red hat keine Module gemessen.
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Optical Losses - Reflexion von blankem Silizium, Brechungsindex von Glas
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Anti-Reflection Coatings - Viertelwellen-Schicht, Abstimmung auf 0,6 Mikrometer, Brechungsindex von Silizium
- PVEducation (Honsberg und Bowden): Surface Texturing - Wirkung der Pyramidentextur, Unterschied zwischen mono- und polykristallinen Wafern
- Europäische Kommission, Gemeinsame Forschungsstelle: PVGIS data sources and calculation methods - Verlust von 2 bis 4 Prozent durch flachen Lichteinfall
- DuraMAT (Lawrence Berkeley National Laboratory): PV Anti-Reflection Coating Performance - Lichtgewinn durch entspiegeltes Frontglas, offene Frage der Haltbarkeit
Hinweis: Dieser Beitrag dient der unabhängigen Information und ersetzt keine Planung durch einen Fachbetrieb. Die Winkelwerte sind Rechenwerte für unbeschichtetes Glas, maßgeblich für ein konkretes Modul ist das Datenblatt. Solar.red steht in keiner Verbindung zu den genannten Einrichtungen. Über die Anzeigen auf dieser Seite werden Anfragen an Fachbetriebe vermittelt, dafür erhält Solar.red eine Vergütung.
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