Wie effizient wandelt Photovoltaik Sonnenlicht in Strom um? Eine einfache Erklärung

Haben Sie sich jemals gefragt, wie viel der Sonnenenergie, die auf Ihre Solarmodule trifft, tatsächlich in nutzbaren Strom umgewandelt wird? Eine spannende Frage – schließlich geht es darum, das Beste aus der kostenlosen Energie der Sonne herauszuholen.

Hier erklären wir Ihnen ganz einfach, was der Wirkungsgrad bei Photovoltaikanlagen bedeutet und welche Faktoren ihn beeinflussen – ohne Fachchinesisch, versprochen! So können Sie besser einschätzen, wie leistungsfähig Ihre künftige oder bestehende Solaranlage wirklich ist.

Was genau ist der „Wirkungsgrad“ bei Photovoltaik?

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, mit einem Eimer Wasser aus einem Fluss zu schöpfen. Nicht das gesamte Wasser des Flusses landet in Ihrem Eimer, sondern nur ein Teil davon. Ganz ähnlich verhält es sich bei Solarzellen: Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie eine Solarzelle oder ein Solarmodul in elektrischen Strom umwandeln kann.

Ein Wirkungsgrad von 20 % bedeutet also, dass 20 % der Sonnenenergie, die auf das Modul trifft, in Strom umgewandelt werden. Die restlichen 80 % werden größtenteils in Wärme umgewandelt oder reflektiert.

Klingt erstmal nach nicht so viel? Bedenken Sie, dass die Sonnenenergie kostenlos und praktisch unerschöpflich ist. Ein höherer Wirkungsgrad ist natürlich besser, denn er bedeutet, dass Sie auf derselben Fläche mehr Strom erzeugen können. Das ist besonders wichtig, wenn Sie nur begrenzten Platz auf dem Dach haben.

Nicht jede Solarzelle ist gleich: Ein Blick auf die Wirkungsgrade

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die sich in ihrem Aufbau und damit auch in ihrem Wirkungsgrad unterscheiden. Für Hausbesitzer und Mieter sind vor allem diese Typen relevant:

• Monokristalline Solarmodule: Diese Module erkennen Sie oft an ihrer gleichmäßig dunklen, fast schwarzen Farbe. Sie werden aus einem einzigen Siliziumkristall hergestellt und haben in der Regel den höchsten Wirkungsgrad. Üblich sind hier Werte zwischen 20 % und 24 %. Sie sind oft die erste Wahl, wenn maximale Leistung auf begrenzter Fläche erzielt werden soll.
• Polykristalline Solarmodule: Diese Module haben eine eher bläuliche, gesprenkelte Oberfläche. Sie bestehen aus mehreren Siliziumkristallen und sind in der Herstellung etwas günstiger. Ihr Wirkungsgrad liegt typischerweise zwischen 17 % und 20 %. Sie bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, benötigen aber etwas mehr Fläche für dieselbe Leistung wie monokristalline Module.
• Dünnschichtmodule: Wie der Name schon sagt, sind diese Module sehr dünn und oft flexibel. Ihr Wirkungsgrad ist mit Werten zwischen etwa 10 % und 16 % geringer als bei kristallinen Modulen. Dafür sind sie leichter und eignen sich für spezielle Anwendungen, zum Beispiel auf Dächern mit geringer Traglast oder für mobile Lösungen wie Balkonkraftwerke, obwohl kristalline Module auch hier zunehmend zum Einsatz kommen.

Allerdings beziehen sich diese Werte auf die Effizienz des einzelnen Moduls unter standardisierten Testbedingungen (STC).

Was beeinflusst den Wirkungsgrad meiner Solaranlage im Alltag?

Der im Labor gemessene Wirkungsgrad ist eine Sache – die tatsächliche Leistung Ihrer Anlage im Alltag eine andere. Verschiedene Faktoren können die Effizienz Ihrer Photovoltaikanlage beeinflussen:

• Die Sonneneinstrahlung: Ganz klar, ohne Sonne kein Solarstrom. Je intensiver die Sonneneinstrahlung, desto mehr Energie trifft auf die Module – und desto mehr Strom kann potenziell erzeugt werden. An einem klaren Sommertag ist die Einstrahlung höher als an einem bewölkten Wintertag.
• Die Temperatur: Solarmodule mögen es sonnig, aber nicht zu heiß. Tatsächlich sinkt der Wirkungsgrad von Solarzellen bei sehr hohen Temperaturen leicht. Die optimalen Testbedingungen liegen bei 25 °C Modultemperatur. Eine gute Hinterlüftung der Module kann helfen, eine Überhitzung zu vermeiden.
• Schatten ist der Feind: Schon eine geringe Verschattung, etwa durch einen Schornstein, einen Baum oder ein Nachbargebäude, kann die Leistung eines Moduls und manchmal sogar eines ganzen Strangs von Modulen deutlich reduzieren. Moderne Anlagen mit Leistungsoptimierern oder Mikrowechselrichtern können diesen Effekt teilweise abmildern.
• Ausrichtung und Neigung: Ideal ist eine Ausrichtung der Module nach Süden mit einer Neigung von etwa 30 Grad, um über das Jahr gesehen in Deutschland den maximalen Ertrag zu erzielen. Aber auch Ost-West-Ausrichtungen können sehr sinnvoll sein, um den Eigenverbrauch über den Tag besser zu verteilen.
• Sauberkeit der Module: Staub, Pollen oder Vogelkot können die Lichtaufnahme der Module behindern und so den Wirkungsgrad leicht senken. In den meisten Regionen Deutschlands reinigt der Regen die Module ausreichend. Bei starker Verschmutzung kann eine Reinigung sinnvoll sein.
• Alter der Anlage: Wie die meisten technischen Geräte altern auch Solarmodule. Sie verlieren über die Jahre leicht an Wirkungsgrad. Dieser Prozess, Degradation genannt, ist aber sehr langsam. Gute Hersteller garantieren oft noch eine Leistung von über 80 % nach 25 Jahren.
• Andere Teile der Anlage: Nicht nur die Module selbst, auch andere Komponenten wie der Wechselrichter (der den Gleichstrom der Module in Wechselstrom für Ihr Hausnetz umwandelt) und die Verkabelung haben eigene Wirkungsgrade. Diese Verluste fließen in die Gesamtbilanz der Anlage mit ein.

Vom Modul zur Anlage: Der Unterschied zwischen Modul- und Systemwirkungsgrad

Wichtig ist die Unterscheidung zwischen dem Modulwirkungsgrad und dem Systemwirkungsgrad (oft auch Performance Ratio genannt).

• Modulwirkungsgrad: Das ist der Wert, den die Hersteller für ihre Solarmodule angeben (z. B. 21 %). Er beschreibt, wie effizient das Modul selbst unter genormten Testbedingungen Sonnenlicht in Strom umwandelt.
• Systemwirkungsgrad (Performance Ratio): Dieser Wert ist für Sie als Anlagenbetreiber viel entscheidender. Er gibt an, wie viel Prozent des theoretisch möglichen Ertrags (basierend auf Sonneneinstrahlung und Modulwirkungsgrad) tatsächlich als nutzbarer Strom am Einspeisepunkt ankommt. Er berücksichtigt alle realen Verluste im System – durch Temperatur, Verschattung, Leitungen, Wechselrichtereffizienz und andere Faktoren. Ein guter Systemwirkungsgrad liegt typischerweise zwischen 65 % und 80 %.

Ein hoher Modulwirkungsgrad ist also gut, aber erst ein guter Systemwirkungsgrad zeigt, wie effizient Ihre gesamte Anlage wirklich arbeitet.

Wie viel Strom kommt wirklich raus? kWp und kWh einfach erklärt

Im Zusammenhang mit Photovoltaikanlagen tauchen immer wieder zwei Begriffe auf: kWp und kWh. Sie hängen zwar mit dem Wirkungsgrad zusammen, bedeuten aber Unterschiedliches:

• kWp (Kilowatt-Peak): Das ist die Nennleistung oder Spitzenleistung Ihrer Solaranlage. Sie gibt an, welche Leistung Ihre Solarmodule unter Standard-Testbedingungen (STC: 25 °C Zelltemperatur, 1000 Watt/m² Einstrahlung) maximal erbringen können. Man könnte es mit der maximalen PS-Zahl eines Automotors vergleichen. Ein höherer Wirkungsgrad der Module kann dazu führen, dass Sie für eine bestimmte kWp-Leistung weniger Dachfläche benötigen.
• kWh (Kilowattstunden): Das ist die tatsächlich erzeugte oder verbrauchte Strommenge über einen bestimmten Zeitraum. Eine Kilowattstunde ist die Energiemenge, die ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt (1.000 Watt) in einer Stunde verbraucht oder erzeugt. Auf Ihrer Stromrechnung wird Ihr Verbrauch in kWh ausgewiesen. Für eine Solaranlage ist der Jahresertrag in kWh die entscheidende Größe für die Wirtschaftlichkeit. In Deutschland kann man grob sagen, dass 1 kWp installierte Leistung pro Jahr etwa 800 bis 1.200 kWh Strom erzeugt, abhängig von Standort und Ausrichtung.

Ein hoher Wirkungsgrad hilft also dabei, dass eine Anlage mit einer bestimmten kWp-Nennleistung möglichst viele kWh an Solarstrom produziert.

Die Zukunft des Wirkungsgrads: Was bringt die Forschung?

Die gute Nachricht: Die Forschung steht nicht still. Weltweit arbeiten Wissenschaftler kontinuierlich daran, Solarzellen noch effizienter zu machen. Neue Technologien wie Tandem-Solarzellen (eine Kombination verschiedener Materialien) oder Perowskit-Solarzellen versprechen in Zukunft Wirkungsgrade von über 30 % auch für kommerzielle Anwendungen.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE haben beispielsweise Solarzellen im Labor entwickelt, die unter konzentriertem Licht einen Wirkungsgrad von bis zu 47,6 % erreichen. Das sind beeindruckende Rekorde. Es dauert aber meist einige Jahre, bis solche Spitzenwerte aus dem Labor auch in massenproduzierten und bezahlbaren Solarmodulen für Hausdächer ankommen. Der Trend ist jedoch klar: Solarmodule werden immer leistungsfähiger.

Fazit: Was Sie als Einsteiger über den Wirkungsgrad wissen sollten

Der Wirkungsgrad ist eine wichtige Kennzahl, die angibt, wie gut Ihre Module das Sonnenlicht in Strom umwandeln.

• Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet, dass Sie auf derselben Fläche mehr Strom erzeugen können. Das ist besonders bei begrenztem Platz vorteilhaft.
• Den Wirkungsgrad beeinflussen viele Faktoren, wie die Art der Solarzellen, Temperatur, Verschattung und Ausrichtung.
• Wichtiger als der reine Modulwirkungsgrad ist oft der Systemwirkungsgrad (Performance Ratio), der die tatsächliche Leistung Ihrer gesamten Anlage widerspiegelt.
• Der Wirkungsgrad ist aber nicht der einzige Faktor, den Sie bei der Planung einer Solaranlage berücksichtigen sollten. Auch Kosten, Qualität und Langlebigkeit der Komponenten sowie die optimale Auslegung des gesamten Systems auf Ihren Verbrauch sind entscheidend.

Das Thema Wirkungsgrad muss Sie nicht einschüchtern. Es geht darum, ein Grundverständnis zu entwickeln, um Angebote besser vergleichen und das Beste aus Ihrer Solaranlage herausholen zu können. Mit dem richtigen Wissen wird der Einstieg in die eigene Solarstromerzeugung einfacher, als Sie vielleicht denken!

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Bedeutet ein Wirkungsgrad von 20 %, dass mein Solarmodul nur 20 % des Tages Strom produziert?

Nein, das ist ein häufiges Missverständnis. Der Wirkungsgrad von 20 % bedeutet, dass das Modul 20 % der auftreffenden Sonnenenergie in Strom umwandelt – und das tut es immer dann, wenn Sonnenlicht darauf scheint. An einem sonnigen Tag produziert es also viele Stunden lang Strom, wobei es eben 20 % der verfügbaren Lichtenergie nutzt.

Sind teurere Solarmodule immer viel effizienter?

Nicht unbedingt „viel“ effizienter. Aber Module von Premiumherstellern, die etwas teurer sind, haben tatsächlich oft höhere Wirkungsgrade und bieten auch bessere Garantieleistungen oder eine längere Lebensdauer. Es lohnt sich, das Preis-Leistungs-Verhältnis zu betrachten: Wie viel mehr Strom erzeugt ein teureres, effizienteres Modul, und rechnet sich der Mehrpreis über die Laufzeit der Anlage? Manchmal kann ein Modul mit einem etwas geringeren Wirkungsgrad die wirtschaftlichere Wahl sein, besonders wenn ausreichend Dachfläche vorhanden ist.