Einer der wichtigsten Kennwerte von Solarmodulen ist der Wirkungsgrad. Er gibt an, wie viel der einfallenden Sonnenenergie ein bestimmtes Solarmodul in nutzbare elektrische Energie umwandeln kann. Dieses Verhältnis wird als Prozentsatz ausgedrückt und bestimmt im Wesentlichen die Leistung des Systems, die Anzahl der benötigten Paneele und die Wirtschaftlichkeit der Installation.
Wie wird der Wirkungsgrad von Solarmodulen berechnet?
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der vom Solarmodul gelieferten elektrischen Energie (Ausgangsenergie) zu der am Solarmodul ankommenden Solarenergie (Eingangsenergie):
Wirkungsgrad (%) = Ausgangsenergie (W) / (Einfallende Solarenergie (W/m²) × Solarpaneloberfläche (m²)) x 100
Beispiel:
- Ein 1 m² großes Solarpanel empfängt 1000 W/m² Sonnenenergie (Standardtestbedingungen).
- Wenn die Ausgangsleistung des Solarmoduls 200 W beträgt, beträgt sein Wirkungsgrad:
200 / (1000 x 1) x 100 = 20 %
Dies bedeutet, dass das Solarpanel 20 % der darauf einfallenden Sonnenenergie in Strom umwandelt.
Was beeinflusst die Effizienz von Solarmodulen?
Solarzellentechnologie:
- Monokristalline Solarmodule: Mit dem höchsten Wirkungsgrad (18–22 %) dank ihrer Einkristallstruktur.
- Polykristalline Solarmodule: Geringerer Wirkungsgrad (15–18 %), aber geringere Produktionskosten.
- Dünnschicht-Solarzellen: Sie haben den niedrigsten Wirkungsgrad (10–12 %), sind aber flexibel und leicht.
Intensität der einfallenden Sonnenenergie: Die Stärke und der Winkel der Sonneneinstrahlung wirken sich direkt auf die Leistung eines Solarmoduls aus.
Temperatur: Bei hohen Temperaturen nimmt die Effizienz von Solarmodulen ab, da die Leistung von Halbleitern temperaturempfindlich ist.
Beschattung und Schmutz: Beschattung, Staub oder sonstiger Schmutz können die Menge der einfallenden Sonnenenergie verringern, was die Effizienz mindert.
Wetterbedingungen: Auch bewölktes Wetter und diffuse Strahlung können die Systemleistung verringern.
Wie kann die Effizienz von Solarmodulen verbessert werden?
Optimaler Installationswinkel und Ausrichtung: Solarmodule sollten so positioniert werden, dass sie möglichst viel Sonne abbekommen, normalerweise in einem Winkel von 30–35° .
Einsatz von Solar-Tracking-Systemen: Solche Systeme folgen der Bewegung der Sonne und maximieren so die Erfassung der Sonnenstrahlung.
Regelmäßige Wartung: Das Reinigen der Paneele und Entfernen von Schmutz ist wichtig, um die maximale Effizienz aufrechtzuerhalten.
Temperaturkontrolle: Durch die Belüftung der Paneele kann eine Überhitzung vermieden und die Effizienz aufrechterhalten werden.
Einsatz moderner Wechselrichter: Moderne Wechselrichter optimieren die Systemleistung besser.
Vergleich der Effizienz von Solarmodulen
| Technologie | Effizienz (%) | Merkmale |
|---|---|---|
| Monokristallin | 18–22 % | Hoher Wirkungsgrad, geringerer Platzbedarf |
| Polykristallin | 15–18 % | Günstiger, durchschnittliche Leistung |
| Dünnschicht | 10–12 % | Flexibel, leicht, nimmt mehr Platz ein |
Beispiel einer Effizienzberechnung
Der jährliche Energiebedarf eines Haushalts beträgt 5.000 kWh , auf dem Dach kann eine 20 m² große Solaranlage installiert werden.
Wenn der Wirkungsgrad der Solarmodule 15 % beträgt:
Jahresproduktion: 20 m² x 1000 W/m² × 0,15 × 365 Tage × 5 Stunden/Tag = 5475 kWh
Wenn der Wirkungsgrad 20 % beträgt:
Jährliche Produktion: 20 m² × 1000 W/m² × 0,20 × 365 Tage × 5 Stunden/Tag = 7300 kWh
Ein Solarpanel mit höherer Effizienz kann einen größeren Energiebedarf an weniger Orten decken.
Zusammenfassung
Der Wirkungsgrad von Solarmodulen bestimmt maßgeblich die Leistung, Wirtschaftlichkeit und den Platzbedarf der Anlage. Eine höhere Effizienz führt nicht nur zu einer höheren Energieausbeute, sondern trägt auch dazu bei, die Betriebskosten langfristig zu senken. Um die maximale Leistung zu erreichen, sind optimale Installationsbedingungen und regelmäßige Wartung unerlässlich.