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Wirkungsgrad von Solarenergie

Giuliano Fuchs
24.04.2020 08:45:00

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So steigerst du bei der Solarenergie den Wirkungsgrad und die Leistung

Photovoltaik ist in: Schließlich kannst du damit den gesamten Bedarf an Strom für deinen Haushalt, den Garten oder auch dein Elektroauto selbst produzieren. Und wenn deine Anlage mehr Energie liefert als du selbst brauchst – super, dann kannst du den Überschuss sogar noch verkaufen. Um all die Vorteile zu nutzen, musst du aber wissen, was deine Photovoltaikanlage überhaupt leisten kann.

Wie du für deine Solarenergie den Wirkungsgrad und die Leistung herausfindest und gegebenenfalls sogar steigerst, erfährst du hier.

 

Was besagen der Wirkungsgrad und die Leistung bei der Solarenergie?

Die Photovoltaikanlage, die in der Regel oben auf dem Dach deines Hauses montiert ist, verwandelt die Sonnenenergie in Strom. Diese Umwandlung funktioniert aber nicht eins zu eins. Du kannst dir die Umsetzung von Solarenergie in Brauchstrom wie ein Sieb vorstellen: Oben kommt zwar jede Menge Sand rein, aber unten rieseln nur noch die feinen Körnchen in deinen Eimer. Ein Großteil bleibt in den engen Maschen des Siebes hängen.

Das bedeutet, dass bei der Solarenergie Wirkungsgrad und Energieaufnahmeleistung unterschiedlich sind. Es gibt auf dem Weg von der Solaranlage bis zur Steckdose einfach einen gewissen Verlust. Der ist von verschiedenen Faktoren abhängig:

  • Art der Module
  • Verkabelung von der Anlage bis zum Stromnetz
  • Wechselrichter, der eine gewisse Menge Strom für sich verbraucht

 

So berechnest du die Leistung deiner Photovoltaikanlage

Grundsätzlich wird die Leistung einer Photovoltaik in Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Eine erste Orientierung vor dem Kauf einer Solaranlage bieten die Leistungsangaben der Hersteller für ihre Module. Doch Vorsicht: Diese Angaben beziehen sich immer auf Idealbedingungen.

Das heißt, dass die Leistung bei optimaler, senkrechter Sonneneinstrahlung, beschattungsfrei, bei gleichbleibender Temperatur und einem bestimmten Strahlungsspektrum (Air Mass) ermittelt wurde. In der Realität sieht der Energieertrag der Anlage meist weniger positiv aus. Denn fast nie werden für die optimale Kilowatt-Peak-Leistung folgende Bedingungen erreicht:

  • je Quadratmeter 1.000 Watt Leistung durch konstante Sonneneinstrahlung
  • immer 25 Grad Celsius Umgebungstemperatur
  • ein Strahlungsspektrum mit dem Wert 1,5

Im Alltag verringert sich die Leistung durch Einflüsse wie Witterung, Schatten durch Bäume, verschmutzte Module und natürlich auch die Jahreszeiten. All das kann im ungünstigen Fall sogar einen Unterschied zwischen angegebener Spitzenleistung und tatsächlichem Ergebnis von bis zu 30 Prozent ausmachen. Deshalb ist es in der Praxis viel wichtiger, für die Solaranlage den Wirkungsgrad zu ermitteln.

 

Das bedeutet der Wirkungsgrad bei der Solarenergie

Der tatsächliche und für dich interessante Wirkungsgrad einer Solaranlage ist hauptsächlich von zwei Faktoren abhängig:

  1. Solarmodul
    Es kommt darauf an, welchen Wirkungsgrad die einzelnen Elemente haben, mit denen die Sonnenenergie eingefangen wird und wie stark diese sind.
  2. Wechselrichter
    Die Leistung, die dieses Bauteil erbringt, ist entscheidend für den Wirkungsgrad deiner gesamten Photovoltaikanlage. Alle anderen Gegebenheiten wie zum Beispiel Wetter, Air Mass, oder Jahreszeit kannst du kaum beeinflussen.

Verschiedene Module, unterschiedlicher Wirkungsgrad

Ermittelt wird der Wirkungsgrad von Solarmodulen (bzw. Solarzellen) durch das Verhältnis zwischen vorhandener Sonnenenergie und erzieltem Ertrag an Energie. Es gibt zahlreiche Typen von Modulen, die durch ihre Beschaffenheit einen erheblichen Einfluss auf die gesamte Leistung deiner Photovoltaikanlage haben. Grundsätzlich spricht man hier von Solarzellen, welche anhand von Silizium in der Lage sind, die aufgenommene Sonnenenergie weiterzuleiten.solarenergie-wirkungsgrad-solaranlage-guide-ebook-net4energy
Hauptsächlich handelt es sich dabei um

Galliumarsenidmodule (GaAS), die 25 Prozent des Wirkungsgrads schaffen

monokristalline Solarzellen, die einen Wirkungsgrad von 20 bis 22 Prozent haben

polykristalline Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 15 bis 20 Prozent

dünnbeschichtete Solarzellen (CIS), die auf einen 10- bis 12-prozentigen Wirkungsgrad kommen

Solarzellen aus amorphem Silizium, die es auf einen Wirkungsgrad von 6 bis 8 Prozent bringen

Farbstoff- oder Grätzel-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 2 bis 3 Prozent

Auch der Wechselrichter beeinflusst deinen Solarenergie-Wirkungsgrad

Ein erheblicher Bestandteil deiner Photovoltaik ist der Wechselrichter. Dieses Gerät ist dafür verantwortlich, dass der aus den Modulen gewonnene Gleichstrom in brauchbaren Wechselstrom umgewandelt wird.

Für diese Aufgabe braucht das Gerät allerdings Energie – und diese kommt dann am Ende geringer bei dir für den Verbrauch an. Die Differenz dazwischen ist der Wirkungsgrad des Wechselrichters.

Natürlich ist auch der Wechselrichter davon abhängig, wie viel Energie (Gleichstrom) die Solarmodule ihm geben können – beeinflusst von Wetter, Schatten usw.

Auch die Entfernung zwischen Wechselrichter und Solarmodulen entscheidet über den Wirkungsgrad. Lange Solarkabel „verlieren“ unterwegs einiges an Energie. Auch Kabel mit einem zu geringen Durchmesser wirken sich negativ auf die Bilanz aus.

Tipp: Wechselrichter ohne zusätzlichen Trafo können einen Wirkungsgrad von bis zu 98 Prozent erreichen. Wird ein Trafo zwischengeschaltet, sind meist nur noch höchstens 96 Prozent zu schaffen.

 

Die Forschung arbeitet daran, den Wirkungsgrad bei der Solarenergiedeutlich zu erhöhen

Die Zahlen zeigen unverkennbar, dass mindestens 3/4 der zur Verfügung stehenden Solarenergie ungenutzt verloren gehen. Das liegt auch daran, dass die Solarzellen für Photovoltaik nur Licht der Sonnenstrahlen, nicht jedoch deren Wärme in reine Energie umwandeln können.

Das könnte sich jedoch bald ändern: Forscher der Rice University in Houston, USA, arbeiten an einer Methode, bei der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in den Solarzellen speziell angeordnet werden. Hohlräume dienen dazu, die Wärme der Sonnenstrahlen zu absorbieren und als Energie in Form von Strom weiterzuleiten.

Sollte das Experiment gelingen, gehen die Forscher davon aus, den Solarenergie-Wirkungsgrad in einigen Jahren auf bis zu 80 Prozent steigern zu können.

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Wusstest du schon?

Wie effektiv ist eine Solaranlage?

Die Effektivität der Solarenergie hängt vom Wirkungsgrad ab. Der Wirkungsgrad und die eigentliche Energieaufnahmeleistung sind dabei unterschiedlich. Der Verlust hängt von der Art der Module, der Verkabelung und dem Wechselrichter ab.

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