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Jun 05, 2023

Was ist der Wirkungsgrad von Solarmodulen? (2023)

Leonardo David ist Elektromechaniker, MBA, Energieberater und technischer Redakteur. Seine Beratungserfahrung im Bereich Energieeffizienz und Solarenergie deckt Branchen wie Banken und Textilien ab

Leonardo David ist Elektromechaniker, MBA, Energieberater und technischer Redakteur. Seine Beratungserfahrung im Bereich Energieeffizienz und Solarenergie umfasst Branchen wie Banken, Textilherstellung, Kunststoffverarbeitung, Pharmazie, Bildung, Lebensmittelverarbeitung, Immobilien und Einzelhandel. Seit 2015 schreibt er außerdem Artikel zu Energie- und Ingenieurthemen.

Tori Addison ist eine Redakteurin, die seit über fünf Jahren in der digitalen Marketingbranche tätig ist. Ihre Erfahrung umfasst Kommunikations- und Marketingarbeit im gemeinnützigen, staatlichen und akademischen Bereich. Sie ist von Beruf Journalistin und begann ihre Karriere als Berichterstattung über Politik und Nachrichten im New Yorker Hudson Valley. Ihre Arbeit umfasste die Berichterstattung über lokale und staatliche Haushalte, Bundesfinanzvorschriften und Gesundheitsgesetze.

Der Wirkungsgrad von Solarmodulen misst die Fähigkeit, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln, um Ihr Zuhause mit Strom zu versorgen. Hocheffiziente Solarmodule können einen höheren Prozentsatz des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Mit anderen Worten: Sie erzeugen im Vergleich zu Standard-Solarmodulen mehr Kilowattstunden pro Quadratfuß.

Wir vom MarketWatch Guides Team haben die besten Solarmodule anhand ihrer Effizienz und anderer wichtiger Faktoren überprüft. Lesen Sie weiter, um mehr über die Effizienz von Solarmodulen und ihre Funktionsweise zu erfahren.

Solarmodule bestehen aus Modulen oder Photovoltaikzellen (PV). Sie können die Effizienz einer PV-Zelle anhand des Prozentsatzes der Lichtenergie messen, die sie in Strom umwandelt. Alternativ ist die Effizienz einer Solarzelle die Fähigkeit eines Panels, Energie aus Photonen oder Lichtteilchen einzufangen. Wenn Licht auf ein Solarpanel trifft, werden Elektronen freigesetzt, die sich in Bewegung setzen und einen elektrischen Strom erzeugen.

Beispielsweise kann ein Solarpanel mit einem Wirkungsgrad von 20 % 20 % des Sonnenlichts in nutzbare Energie umwandeln. Die meisten im Handel erhältlichen Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von weniger als 23 %, mit einer durchschnittlichen Spanne von 15 % bis 20 %. SunPower und Canadian Solar führen derzeit die Branche mit 22,8 % effizienten Modulen an.

Diese Zahlen mögen niedrig erscheinen, aber bedenken Sie, dass Solarzellen eine kostenlose Energiezufuhr ohne Emissionen (Sonnenlicht) nutzen. Fossile Kraftwerke können Wirkungsgrade von rund 60 % erreichen, der Energieeinsatz ist jedoch nicht kostenlos und erzeugt konstante Emissionen.

Der Einzelwirkungsgrad eines Solarmoduls ist nicht dasselbe wie der Gesamtwirkungsgrad einer installierten Solaranlage. Wie bei einem elektrischen System geht ein kleiner Teil der erzeugten Energie in der Verkabelung verloren. Solarstromanlagen nutzen auch Wechselrichter, um den Gleichstrom (DC) von PV-Zellen in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, der für den Betrieb Ihrer Haushaltsgeräte benötigt wird. Die besten Solarwechselrichter haben einen Wirkungsgrad von über 97 %, dennoch kann man bei der Übertragung mit geringen Verlusten rechnen.

Aufgrund von Verkabelungs- und Energieumwandlungsverlusten ist der Einzelwirkungsgrad von Solarmodulen immer höher als der Systemwirkungsgrad. Beispielsweise könnte eine Solaranlage für Privathaushalte mit Modulen mit einem Wirkungsgrad von 22 % einen Gesamtwirkungsgrad von 19 % haben.

Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis, dass die Effizienz von Solarmodulen mit der Produktqualität gleichzusetzen ist. Effizienz ist einfach ein Produktmerkmal, wie z. B. Nennleistung und Modulabmessungen, und Sie können hochwertige Module aller Effizienzstufen finden.

Der Hauptfaktor, der die Effizienz bestimmt, ist das Material eines Solarmoduls:

Wie Sie sehen, sind monokristalline Solarmodule im Vergleich zu anderen Optionen die effizienteste Art von Solarmodulen. Der Hauptvorteil hocheffizienter Panels besteht darin, mehr Strom auf weniger Fläche zu erzeugen – sie sind aber auch teurer. Wenn Sie viel Platz für Ihre PV-Anlage haben, ist auch die Verwendung einer größeren Anzahl weniger effizienter Module eine sinnvolle Option.

Obwohl hocheffiziente Solarmodule teurer sind, bieten sie mehrere Vorteile. Darüber hinaus können Ihre Stromeinsparungen durch die Umstellung auf Solarenergie Ihnen dabei helfen, die höheren Vorabkosten im Laufe der Zeit auszugleichen. Hier sind einige Vorteile hocheffizienter Solarmodule:

Da hocheffiziente Module einen höheren Anteil des Sonnenlichts in Strom umwandeln, ermöglichen sie eine effektivere Nutzung der Dachfläche. Im Vergleich zu Modulen mit einem Wirkungsgrad von 10 % können beispielsweise Module mit einem Wirkungsgrad von 20 % doppelt so viel Strom pro Quadratfuß erzeugen. Mit anderen Worten: Hocheffiziente Solarmodule erzeugen mit weniger Modulen mehr Energie.

Wenn die für Ihre PV-Anlage zur Verfügung stehende Fläche begrenzt ist, können Sie mit monokristallinen Solarmodulen die maximale Leistung erzielen.

Monokristalline Module haben einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Wattzahl als polykristalline Module gleicher Größe. Wenn Sie beispielsweise 60-Zellen-Solarmodule vergleichen, finden Sie möglicherweise ein Polypanel mit 300 Watt (W) und ein Monopanel mit 370 W. Hier ist ein Beispiel dafür, wie sich die Wattleistung eines Solarmoduls auf die Größe Ihres Systems und Ihre Energieeinsparungen auswirken kann:

Laut unserer Umfrage vom März 2023 unter 1.000 Hausbesitzern mit installierter Solaranlage belaufen sich die durchschnittlichen Kosten für Solarmodule auf 2,85 US-Dollar pro Watt. Da monokristalline Module eine höhere Wattzahl haben, sind sie auch teurer als polykristalline Module. Allerdings ist der Preisunterschied minimal, wenn man beide Panel-Typen hinsichtlich der Kosten pro Watt vergleicht.

Alle Solarmodule erleiden beim Erhitzen einen geringen Leistungsverlust. Dieser Effekt ist vorübergehend – die Panels erholen sich nach dem Abkühlen von der verlorenen Produktivität. Wenn Sie Solarmodule jedoch ständig heißem Wetter aussetzen, kann sich der Produktionsausfall mit der Zeit summieren. Infolgedessen können hohe Temperaturen zu einem Rückgang der Effizienz von Solarmodulen um 10 bis 25 % führen.

Solarmodule verfügen über eine Kennzahl namens Temperaturkoeffizient, die den negativen Effekt von Wärme beschreibt. Beispielsweise verliert ein Panel mit einem Koeffizienten von -0,40 % pro Grad Celsius bei einem Temperaturanstieg von 20 °C 8 % an Produktivität. Im Durchschnitt haben monokristalline Module einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten als polykristalline Panels, was bedeutet, dass sie weniger von Hitze beeinflusst werden. Dies ist ein großer Vorteil in warmen Regionen, in denen hohe Temperaturen mit der Zeit die Leistung von Solarmodulen beeinträchtigen können.

Viele Solar-Förderprogramme berechnen finanzielle Anreize anhand der Pro-Watt-Leistung Ihrer Solaranlage. Da hocheffiziente Module eine höhere Wattzahl haben, können sie sich für höhere Förderbeträge qualifizieren. Dies gilt jedoch nicht für Anreizprogramme mit festen Rabatten.

Die bundesstaatliche Solarsteuergutschrift ist ein landesweiter Anreiz, der es Ihnen ermöglicht, 30 % der Kosten Ihrer Solaranlage für das Jahr, in dem Sie Module installieren, als Steuergutschrift geltend zu machen. Da monokristalline Module mehr kosten, werden Ihre Gesamtsystemkosten wahrscheinlich höher sein, als wenn Sie polykristalline Module verwenden würden. Dadurch erhalten Sie einen höheren Steueranreiz pro Panel.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Umwandlungseffizienz Ihrer Solaranlage zu maximieren.

Professionelle Installateure verkabeln Ihre Solarmodule ordnungsgemäß gemäß den Anweisungen des Herstellers. Bei unsachgemäßer Verkabelung können bei Solarmodulen Spannungs- und Stromprobleme auftreten, die sich negativ auf ihre Haltbarkeit und Produktivität auswirken.

Die besten Solarmodule verfügen über eine 25-jährige Garantie, die meisten Unternehmen bieten diesen Vorteil jedoch nur bei einer professionellen Installation an. Mit anderen Worten: Wenn Sie versuchen, das Gerät selbst zu installieren, erlischt Ihre Garantie. Eine Garantie kann die Gesamteffizienz Ihrer Solaranlage erhalten, indem defekte Module kostenlos ausgetauscht werden.

Photovoltaikzellen können nur dann Strom erzeugen, wenn Licht auf ihre Oberfläche trifft. Wenn sich also Staub und andere Partikel auf der Oberfläche Ihrer Module ansammeln, erreicht weniger Sonnenlicht die PV-Zellen und die Stromproduktion sinkt. Der Reinigungsbedarf Ihrer Solaranlage hängt von den Standortbedingungen ab. Viele Solarinstallateure empfehlen jedoch, Ihre Module mindestens zweimal im Jahr zu reinigen.

Mehrere Hersteller entwickeln Keramikbeschichtungen für Solarmodule, um die Ansammlung von Staub und anderen Partikeln zu reduzieren. Diese Produkte sind noch relativ neu, haben aber vielversprechende Anwendungen.

Die Reinigung Ihrer Solarmodule ist wichtig, aber die falschen Werkzeuge und Methoden können ihre Lebensdauer verkürzen. Hier sind allgemeine Richtlinien, die Sie beachten sollten:

Solarmodule verlieren bei Beschädigung tendenziell an Effizienz und können im schlimmsten Fall sogar ganz ausfallen. Im Allgemeinen deckt die Garantie für Solarmodule keine Schäden ab, die auf falsche Reinigungsmethoden zurückzuführen sind.

Verschattung kann die Effizienz Ihrer Solarmodule erheblich beeinträchtigen. Da alle PV-Zellen in einem Solarpanel miteinander verkabelt sind, kann eine einzelne verschattete Zelle die Produktivität aller anderen verringern. Wenn Ihre Solarmodule in Reihenschaltungen verkabelt sind, kann ein einzelnes abgeschattetes Modul die Stromabgabe der gesamten Anlage verringern.

Bei der Installation eines Solarmoduls kann es eine Herausforderung sein, Schatten zu vermeiden. Da sich der Sonnenstand am Himmel ständig ändert, bewegen sich die Schatten ständig. Ein Bereich, der morgens ideal für Sonnenkollektoren erscheint, kann nachmittags völligen Schatten erfahren.

Ein professioneller Solarinstallateur kann Ihnen jedoch dabei helfen, den besten Standort für Ihre Solaranlage zu finden. Solarunternehmen nutzen Simulationssoftware, um die Verschattungsverhältnisse an Ihrem Standort das ganze Jahr über zu analysieren und den idealen Standort für Solarmodule zu ermitteln.

Auch wenn Sie alle oben genannten Empfehlungen befolgen, ist der Nennwirkungsgrad Ihrer Solarmodule der Hauptfaktor, der die Gesamtsystemeffizienz bestimmt. Selbst bei regelmäßiger Reinigung kann ein Panel mit 15 % Effizienz nicht die Produktivität eines Panels mit 22 % Effizienz erreichen. Aus diesem Grund ist es wichtig, mit einem Solarinstallateur zu sprechen, um die richtige Solarmodulmarke und den richtigen Wirkungsgrad für Ihren Energiebedarf zu ermitteln.

Wie wir bereits besprochen haben, haben monokristalline Module im Allgemeinen den höchsten Wirkungsgrad. Im Vergleich dazu haben polykristalline Module einen mittleren Wirkungsgrad, während Dünnschicht-Solarmodule tendenziell am wenigsten effizient sind. Doch dank der jüngsten Fortschritte in der Photovoltaik-Technologie können einige Dünnschichtzellen mittlerweile mit der Effizienz von kristallinen Siliziumpaneelen mithalten.

Wenn Sie nach konkreten Produktempfehlungen suchen, stellen die folgenden Hersteller einige der effizientesten Solarmodule der Branche her.

Ab 2023 gibt es keine kommerziellen Solarmodule mit einem Nennwirkungsgrad von mehr als 23 %. Allerdings entwickelt sich die Solarzellentechnologie ständig weiter und dies könnte sich in naher Zukunft ändern. Einige PV-Zellen haben unter Laborbedingungen einen Wirkungsgrad von fast 50 % erreicht.

Mehrere Faktoren können die Effizienz Ihrer Solarmodule verringern. Einige Faktoren (z. B. das Wetter) sind unvermeidbar, andere, z. B. die Ansammlung von Schmutz, können Sie jedoch steuern.

Hohe Temperaturen können sich negativ auf die Produktivität Ihrer Solarmodule auswirken. Gegen das Wetter können Sie nichts unternehmen, aber Sie können nach Solarmodulen mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten suchen, um die Auswirkungen der Hitze abzumildern. Es gibt Panels mit einem Koeffizienten unter 0,30 % pro °C, was bedeutet, dass sie bei einem Temperaturanstieg von 10 °C (18 °F) weniger als 3 % an Produktivität verlieren.

Staubansammlung und Verschattung wirken sich ebenfalls nachteilig auf die Effizienz von Solarmodulen aus, aber anders als bei der Temperatur gibt es hier mehr Spielraum für die Kontrolle. Regelmäßige Reinigung kann dazu beitragen, dass Ihre Solarmodule ihre volle Leistung erbringen. Außerdem können Sie Verschattungen vermeiden, indem Sie einen professionellen Installateur beauftragen, der für eine angemessene Systemplatzierung sorgt. Zum Beispiel:

Der Wirkungsgrad misst die Fähigkeit eines Solarmoduls, Sonnenlicht in nutzbare, saubere Energie umzuwandeln. Hocheffiziente Solarmodule erzeugen im Vergleich zu Standardmodulen mehr Strom pro Quadratfuß. Dies ist ein Vorteil für Hausbesitzer mit begrenzter Dachfläche, da Sie weniger hocheffiziente Module verwenden können, um die benötigte Energie zu erzeugen.

Allerdings kosten hocheffiziente Module tendenziell mehr, und die Zahlung des Mehrpreises macht nur dann Sinn, wenn Sie Ihr System ordnungsgemäß installieren und warten. Staubansammlungen und Schatten können sich negativ auf die Energieproduktion auswirken, selbst wenn Sie über die effizientesten Module auf dem Markt verfügen.

Man geht allgemein davon aus, dass der Wirkungsgrad von Solarmodulen einen direkten Hinweis auf die Produktqualität gibt, doch das stimmt nicht immer. Monokristalline Module sind im Allgemeinen effizienter, es gibt jedoch trotz ihres geringeren Wirkungsgrads auch hochwertige polykristalline Module.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu den effizientesten Solarmodulen.

Die effizientesten Solarmodule liegen zwischen 19 % und 22,8 %. Dazu gehören die Maxeon-Module von SunPower, die zu den effizientesten auf dem Markt gehören. Die meisten Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von 15 bis 20 %.

Ja, aber die Effizienz nimmt sehr langsam ab. Hochwertige Solarmodule haben einen jährlichen Produktivitätsverlust, der typischerweise weniger als 0,5 % beträgt. Einige Solarhersteller wie SunPower haben eine Degradationsrate von nur 0,25 % pro Jahr erreicht. Die besten Hersteller von Solarmodulen bieten jedoch eine 25-jährige Garantie, die Reparaturen abdeckt, wenn im Laufe der Zeit Probleme mit Ihren Modulen auftreten.

Wenn Sie Ihre Solarmodule frei von Schmutz halten, kann dies zur Aufrechterhaltung der Effizienz beitragen. Solarunternehmen empfehlen Ihnen, Ihre Solarmodule mindestens zweimal im Jahr zu reinigen. Staub und andere Partikel verringern die Menge an Sonnenlicht, die Ihre Module absorbieren, was sich negativ auf deren Effizienz auswirken kann. Es ist auch wichtig, Sonnenkollektoren in nicht beschatteten Bereichen zu installieren. Schon ein kleiner Schatten kann die Energieausbeute reduzieren, wenn er eine PV-Zelle vollständig bedeckt.

Nein, die meisten im Handel erhältlichen Solarmodule haben einen Wirkungsgrad von weniger als 23 %. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) erreichte im Jahr 2020 einen Solarzellenwirkungsgrad von fast 50 %, nutzte jedoch spezielle Solarzellen und eine konzentrierte Lichtquelle unter streng kontrollierten Laborbedingungen.

Solarhersteller testen die Wattleistung und Effizienz von PV-Modulen unter kontrollierten Laborbedingungen, die als Standardtestbedingungen (STC) bekannt sind. Dazu gehören:

Bei der Installation einer Photovoltaikanlage für Privathaushalte weichen die tatsächlichen Standortbedingungen von den kontrollierten Laborbedingungen ab. Infolgedessen arbeiten Solarmodule möglicherweise nicht mit ihrer vollen Nennleistung und Effizienz. Beim Vergleich von Solarmodulen sind die Typenschildwerte jedoch hilfreich, da jede Marke unter den gleichen Bedingungen getestet wird.

Leonardo David ist Elektromechanik-Ingenieur, MBA, Energieberater und technischer Redakteur. Seine Beratungserfahrung im Bereich Energieeffizienz und Solarenergie umfasst Branchen wie Banken, Textilherstellung, Kunststoffverarbeitung, Pharmazie, Bildung, Lebensmittelverarbeitung, Immobilien und Einzelhandel. Seit 2015 schreibt er außerdem Artikel zu Energie- und Ingenieurthemen.

Tori Addison ist ein Redakteur, der seit über fünf Jahren in der digitalen Marketingbranche tätig ist. Ihre Erfahrung umfasst Kommunikations- und Marketingarbeit im gemeinnützigen, staatlichen und akademischen Bereich. Sie ist von Beruf Journalistin und begann ihre Karriere als Berichterstattung über Politik und Nachrichten im New Yorker Hudson Valley. Ihre Arbeit umfasste die Berichterstattung über lokale und staatliche Haushalte, Bundesfinanzvorschriften und Gesundheitsgesetze.