+49 5271 – 409 969 0Wirkungsgrad einer Solarzelle: Alles Wissenswerte
Geschrieben von:
Patrick Meyer
Veröffentlicht am 17. März 2025
Viele Leute wissen nicht, wie effizient ihre Solarpanel sind. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist wichtig. In diesem Text erklären wir, was diesen Wirkungsgrad beeinflusst.
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Zusammenfassung
- Der Wirkungsgrad von handelsüblichen Solarzellen liegt bei etwa 20 %. Im Labor erreichten Forscher jedoch Effizienzen von bis zu 47,6 % unter optimalen Bedingungen.
- Temperaturen über 25 °C senken den Wirkungsgrad von Solarzellen. Ein optimaler Einstrahlwinkel und minimale Verschattung sind entscheidend für die Maximierung der Energiegewinnung.
- Perowskit-Solarzellen und Mehrfachsolarzellen zeigen großes Potenzial zur Effizienzsteigerung, mit Laborwirkungsgraden von bis zu 26,1 % bzw. über 40 %.
- Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Materialkombinationen und Technologien, um die Effizienz weiter zu verbessern und die Kosten zu senken.
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Was ist der Wirkungsgrad von Solarzellen?
Der Wirkungsgrad von Solarzellen zeigt, wie gut sie Sonnenlicht in Strom umwandeln. Bei handelsüblichen Solarmodulen liegt dieser Wert bei ungefähr 20 Prozent. Das bedeutet, 20 Prozent der Energie des Sonnenlichts wird zu elektrischer Energie.
Im Labor erreichten Forscher bei Photovoltaikanlagen schon Effizienzen bis zu 47,6 Prozent. Diese Messungen fanden unter Standard Test Konditionen statt. Dabei waren die Bedingungen eine Temperatur von 25 Grad Celsius und eine Strahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter.
Solche hohen Werte sind wichtig für die Zukunft der solaren Energie.
Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener Solarzellen
Monokristalline Solarzellen
Monokristalline Solarzellen nutzen reines Silizium und erreichen einen Wirkungsgrad zwischen 16% und 24%. Sie sind bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom sehr effizient. Diese Zellen haben den größten Marktanteil, der im Jahr 2021 bei 84% lag.
Die Herstellung erfolgt durch das Schneiden von dünnen Schichten aus einem Siliziumkristall. Dies sorgt für hohe Reinheit und Effizienz.
Sie gelten als die leistungsfähigsten unter den kristallinen Solarzellen. Ihre Langlebigkeit und hohe Effizienz machen sie zu einer beliebten Wahl für Photovoltaikanlagen. Trotz ihres höheren Preises bieten sie eine gute Energiebilanz und sind somit eine nachhaltige Investition in die solare Energiegewinnung.
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Polykristalline Solarzellen
Polykristalline Solarzellen bestehen aus vielen kleinen Siliziumkristallen. Diese Art von Solarzelle zeigt einen Wirkungsgrad zwischen 14 und 20 Prozent. Sie sind günstiger in der Herstellung als monokristalline Zellen, da der Prozess weniger Material verschwendet.
Diese Zellen erkennen die Sonnenstrahlung und wandeln sie in elektrischen Strom um. Ihr bläuliches Aussehen bekommen sie durch die vielen Siliziumkristalle. Im Vergleich zu anderen Solarzellen sind sie eine kosteneffiziente Wahl für große Solargeneratoren.
Dünnschichtsolarzellen
Dünnschichtsolarzellen hatten im Jahr 2021 einen Marktanteil von 3 %. Sie bestehen aus verschiedenen Materialien wie amorphem Silizium, Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).
Die Effizienz dieser Solarzellen kann stark schwanken. CdTe-Zellen erreichen im Labor bis zu 21 % Wirkungsgrad, aber in der Praxis nur etwa 10 %. CIGS-Zellen haben im Labor eine Effizienz von 22,6 %, während fertige Module meist bei 11-12 % liegen.
Diese Technologie wird ständig weiterentwickelt, um die Effizienz zu verbessern. Besonders amorphe und organische Dünnschichtzellen haben mit 10-14 % einen eher niedrigen Wirkungsgrad. Dennoch sind sie beliebt, weil sie flexibel sind und kostengünstig hergestellt werden können. Forscher arbeiten daran, diese Solarzellen noch leistungsfähiger zu machen.
| Solarzellentyp | Wirkungsgrad (%) | Besonderheiten |
| Monokristallin | 16-24 | Höchste Effizienz, langlebig, teuer |
| Polykristallin | 14-20 | Günstigere Herstellung, bläuliches Aussehen |
| Dünnschicht | 10-22.6 | Flexible, kostengünstige Herstellung, verschiedene Materialien (CdTe, CIGS, Amorph) |
Faktoren, die den Wirkungsgrad von Solarzellen beeinflussen
Temperatur
Temperatur spielt eine große Rolle für die Leistung von Solarzellen. Die beste Temperatur liegt bei 25 °C. Steigt die Temperatur, fällt der Wirkungsgrad. Das bedeutet, dass an sehr heißen Tagen Solarzellen nicht so gut arbeiten.
Kühle Temperaturen hingegen helfen der Effizienz. Im Winter oder in kühleren Gegenden können Solarzellen deshalb manchmal besser funktionieren. Doch die meiste Zeit ist es wichtig, sie vor zu viel Wärme zu schützen, um den besten Wirkungsgrad zu erhalten.
Einstrahlwinkel
Der Einstrahlwinkel spielt eine große Rolle für die Leistung von Solaranlagen. In Deutschland ist der optimale Neigungswinkel für Solarpanels 30 bis 35 Grad. Dies sorgt dafür, dass die Sonnenstrahlen effektiver aufgefangen werden.
Je direkter die Sonne auf die Panels scheint, desto mehr Energie können sie erzeugen.
Eine falsche Ausrichtung der Solarpanels kann den Wirkungsgrad erheblich mindern. Deshalb ist es wichtig, beim Installieren der Solarzellen auf den richtigen Einstrahlwinkel zu achten.
So maximieren Hausbesitzer die Energiemenge, die ihre Solaranlage produzieren kann.
Verschattung
Verschattung beeinflusst den Wirkungsgrad von Solarzellen stark. Wenn Bäume oder Gebäude Schatten werfen, reduzieren sie die Sonnenstrahlung auf die Zellen. Das führt zu Energieverlusten.
Der Gesamtwirkungsgrad verringert sich, weil weniger Licht die Solarzellen erreicht. In der Fotovoltaik ist es wichtig, die Module so zu positionieren, dass sie möglichst viel Sonnenlicht abbekommen.
Schon kleine Schatten können große Auswirkungen auf die Leistung haben. Daher sollten Planer und Eigentümer die Umgebung ihrer Solarsysteme gut prüfen.
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Forschung und neue Entwicklungen zur Effizienzsteigerung
Perowskit-Solarzellen
Perowskit-Solarzellen gewinnen schnell an Popularität. Sie erreichen Laborwirkungsgrade von bis zu 26,1 % (2021). Das ist ein bemerkenswerter Wert. Ihre Struktur ermöglicht es, verschiedene Materialien zu kombinieren.
Das verbessert die Effizienz deutlich.
Tandemzellen, die Perowskit nutzen, können sogar Wirkungsgrade von 34,6 % (2022) erzielen. Diese Zellen nutzen den photoelektrischen Effekt optimal aus. Der Einsatz von Perowskit in der organischen Photovoltaik öffnet neue Möglichkeiten.
Wissenschaftler erforschen ihre Eigenschaften und Anwendungen intensiv. Das Fraunhofer ISE beobachtet diese Entwicklungen genau.
Mehrfachsolarzellen
Mehrfachsolarzellen nutzen mehrere Schichten von Halbleitermaterialien. Diese Schichten fangen verschiedene Wellenlängen des Sonnenlichts ein. So steigern sie den Wirkungsgrad und erreichen bemerkenswerte Ergebnisse.
Technologien wie Tandemzellen ermöglichen Wirkungsgrade über 40 %. Das Fraunhofer ISE erreichte 2022 einen Labor-Wirkungsgrad von 47,6 %. Wissenschaftler experimentieren mit verschiedenen Materialien, darunter Gallium-Arsenid.
Eine spezielle Gallium-Arsenid-Dünnschichtzelle erreichte sogar knapp 69 % Wirkungsgrad durch Laserbestrahlung. Diese Fortschritte zeigen großes Potenzial für solarer Energie und die Zukunft der Photovoltaik.
Mit Mehrfachsolarzellen können wir die Nutzung des Sonnenspektrums optimieren. Sie erweitern die Möglichkeiten der Solarzellen und bieten eine effiziente Lösung zur Energiebereitstellung.
Fazit
Der Wirkungsgrad von Solarzellen spielt eine zentrale Rolle für die Energieerzeugung. Handelsübliche Solarzellen erreichen etwa 20 % Effizienz. Neuere Technologien, wie PERC- und Perowskit-Solarzellen, steigern diesen Wert und verbessern die Energieausbeute.
Silizium bleibt das Hauptmaterial, während auch Aluminium und Kupfer als Alternativen genutzt werden.
Optimale Planung und moderne Energiemanagementsysteme erhöhen die Effizienz der Solarmodule. Technische Verluste reduzieren den Gesamtwirkungsgrad von Photovoltaikanlagen. Faktoren wie Schwachlichtverhalten und Wetterresistenz beeinflussen die Leistung ebenfalls.
Häufig gestellte Fragen
Geschrieben von:
Patrick Meyer
Ich bin Patrick Meyer, 35 Jahre alt und komme aus Höxter-Lüchtringen. Ich habe 17 Jahre lang für ein Unternehmen im Wärmepumpen- und Photovoltaikanlagenbereich gearbeitet und bringe somit die technische Expertise mit. Ich war zudem in den Anfangsjahren für den Einkauf in der Unternehmensgruppe zuständig und gestaltete danach primär alle digitalen Prozesse mit. Auch ich habe nebenberuflich im Vertrieb für Photovoltaikanlagen gearbeitet und freue mich nun, hinter unserer eigenen Marke zu stehen.