Bei der Anschaffung von Photovoltaikanlagen ist der Wirkungsgrad ein wichtiges Kriterium. Dieser bestimmt über die Leistung der Anlage, und ist damit ausschlaggebend für die Kosteneinsparungen, die durch die Solaranlage entstehen sollen.
Hierbei kommt es auch auf das Preis/Leistungs-Verhältnis an, da eine leistungsfähigere PV-Anlage mit entsprechend höheren Kosten verbunden ist. Das Budget und die Anlagen sollten gut geplant sein, damit die Solaranlage die Anschaffungskosten mit der Zeit ausgleichen kann. Aber am wichtigsten ist natürlich, dass wir etwas für die Umwelt tun.
Folgend erfahren Sie mehr zum Thema Wirkungsgrad von Solarzellen.
Was versteht man unter dem Wirkungsgrad einer Solarzelle?
Der Wirkungsgrad von Solarzellen gibt Auskunft über deren Effektivität und Leistungsfähigkeit. Entscheidend ist hierbei das Verhältnis zwischen der umgewandelten elektrischen Energie und der einstrahlendenden Sonnenenergie. Dies gibt an, wie viel vorhandene Sonnenergie tatsächlich genutzt wird, und wie gut die Zellen das einfallende Licht in Energie umwandeln.
- Die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades lautet: η = Pab : Pzu.
Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit wird der erzeugte Solarstrom durch die zugeführte Sonnenenergie dividiert. Je geringer die Verluste ausfallen, desto höher ist der Photovoltaik Wirkungsgrad, und desto leistungsstärker ist die Solaranlage.
Die Wirkungsgrade der unterschiedlichen Zelltypen
Es stehen verschiedene Arten von Solarzellen zur Auswahl, die bestimmte Wirkungsgrade aufweisen und jeweilige Vor- und Nachteile haben.
-Quelle für die folgenden Zahlen und Daten: Link
Silicium Solarzellen
Monokristalline Solarzellen
Für die Monokristallinen Solarzellen wird ein einzelner großer Silizium-Kristall gezüchtet. Dieser wird anschließend in Scheiben geschnitten, woraus dann die Solarzelle aufgebaut wird. Das Verfahren ist sehr aufwendig, und dementsprechend teurer. Die Solarzellen besitzen einen hohen Wirkungsgrad von 20-22%.
Polykristalline Solarzellen
Bei den Polykristallinen Solarzellen entsteht ein Silizium-Kristall aus mehreren verschieden großen und unterschiedlich geformten, kleineren Kristallen. Der Wirkungsgrad ist hierbei mit 15-20% geringer, da immer etwas Sonnenergie zwischen den einzelnen Kristallen verloren geht. Der Vorteil ist, dass die Herstellung deutlich leichter ist und die Produkte somit kostengünstiger sind.
Dünnschichtzellen
Anorganische/Amorphe Dünnschichtzellen
Diese Art von Solarzelle besteht aus einem Substratmaterial, auf das eine dünne Schicht aus nicht-kristallinem Silizium aufgedampft wird. Das Silizium hierbei ist nicht rein, sondern mit weiteren Materialien vermischt. Das macht die Zellen leichter und um einiges flexibler. Trotz des geringen Wirkungsgrades von 10-14%, eignen sich die Solarzellen durch ihre Leichtigkeit sehr gut für die Montage an Hauswänden. Die Herstellung ist einfach und günstig.
Es gibt unter den anorganischen Dünnschichtzellen jedoch noch viele weitere Materialien, die zur Beschichtung verwendet werden können. Dazu gehört unter anderem die Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Verbindungen, auch bekannt als CIGS Solarzellen.
Organische Dünnschichtzellen
Die organischen Dünnschichtzellen bestehen aus Kunststoff auf Basis von Kohlen-Wasserstoff-Verbindungen, die als Halbleiter fungieren. Der Wirkungsgrad ist mit 10% eher gering, jedoch kann hier viel Strom umgewandelt werden, auch bei geringer Lichteinstrahlung. Die Herstellung ist unkompliziert und die Photovoltaikanlage relativ kostengünstig.
Tandem Solarzellen
Bei den Tandem Solarzellen werden mehrere Zellen übereinander gelegt, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Somit gelangt das Sonnenlicht durch verschiedene Schichten unterschiedlicher Stoffe, womit gleich mehrere Spektren des Lichts genutzt und umgewandelt werden können. Der Wirkungsgrad dieser Art von Solarzellen beträgt bis zu 40%. Die Solarmodule sind mit einem großen Aufwand und sehr hohen Kosten verbunden.
Perowskit Solarzellen
Noch in der Forschung befinden sich die sogenannten Perowskit Solarzellen. Sie bestehen aus ferroelektrischen Materialien, die, im Vergleich zu anderen Solarzellen, sowohl negative als auch positive Ladungen besitzen, und unter Einfluss des Lichts Strom erzeugen können. Diese Solarzellen bestehen ebenso aus mehreren Schichten, und sind relativ einfach und kostengünstig herzustellen. Auch sollen sie einen höheren Wirkungsgrad erzielen als bisherige Zellen. Allerdings gibt es bei den Perowskit Solarzellen noch einige Problempunkte, die behoben werden müssen, weswegen sie noch nicht zur vollständigen Nutzung bereitstehen. (Quelle)
Faktoren, die den Wirkungsgrad beeinflussen
Weitere Faktoren, die den Wirkungsgrad der Zelle unabhängig der Herstellung und Materialbeschaffenheit beeinflussen, sind Folgende:
- Temperatur: Auch wenn Solaranlagen die Sonnenstrahlen zur Energiegewinnung benötigen, arbeiten die Solarzellen tatsächlich am besten bei geringeren Temperaturen.
- Ausrichtung: Für eine bestmögliche Leistung ist die Ausrichtung der Solarmodule essentiell. Die Einstrahlung sollte am besten senkrecht erfolgen. Dazu wird die Solaranlage auf der südlichen (oder mehrere Himmelsrichtungen) Seite des Daches montiert, und in einem optimalen Winkel zur Sonne geneigt. Somit kann die ganze Sonnenenergie ausgeschöpft werden.
- Alter: Mit Ablauf der Lebensdauer nimmt auch die Leistung der Anlage ab, und damit der Wirkungsgrad. Allerdings ist die Lebensdauer von PV-Anlagen ziemlich hoch, sodass sich über die nächsten 20 Jahre keine Sorgen gemacht werden muss.
- Strahlenintensität: Einflussreich ist auch die Sonnenintensität. Leicht bewölkte Tage sind sogar vorteilhaft, doch bei einer zu starken Bewölkung wird natürlich weniger Solarstrom erzeugt und der Wirkungsgrad verringert sich.
- Lichtspektrum: Das Lichtspektrum beeinflusst auch den Wirkungsgrad. Die verschiedenen Materialien der Solarzellen wandeln bestimmte Spektren des Lichts um. Für die meisten Siliziumzellen ist das zum Beispiel der Infrarotbereich.
Um die sinnvollste Variante zu finden, sollte das Preis-Leistungs-Verhältnis abgewogen werden. Schließlich sollen die Solaranlagen, neben den ökologischen Faktoren, auch wirtschaftliche Vorteile bringen. Zu Bedenken ist daneben auch der geplante Standort und das Gewicht der unterschiedlichen Anlagetypen. Eine regelmäßige Wartung gehört ebenso zur Beibehaltung des hohen Wirkungsgrades dazu.
