So erhöhst du den Wirkungsgrad deiner Photovoltaikanlage

Inhalt des Blogartikel

• So erhöhst du den Wirkungsgrad deiner Photovoltaikanlage
• Was sagt der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage aus?
• Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage?
• Wie entwickelt sich der Wirkungsgrad von Photovoltaik im Laufe der Zeit?

So erhöhst du den Wirkungsgrad deiner Photovoltaikanlage

Die Anschaffung und Installation einer Photovoltaikanlage ist ein Großprojekt, in das du viel Zeit und Geld investierst. Es ist also selbstverständlich, dass du vom größtmöglichen Stromertrag aus der Photovoltaik profitieren möchtest. Aber weißt du schon, was der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage ist, durch was er beeinflusst wird und wie du ihn berechnest?

Was sagt der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage aus?

Bei dem sogenannten Wirkungsgrad handelt es sich wortwörtlich um den Grad der Wirkung einer Solarzelle, eines Photovoltaikmoduls oder einer ganzen Photovoltaikanlage. Konkret gesagt: Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der zur Verfügung stehenden Energie tatsächlich in nutzbaren Solarstrom umgewandelt wird. Hier spielen die Art des Solarmoduls, Verkabelung und Wechselrichter sowie Einstrahlungsstärke, Verschmutzungen oder Verschattungen der Anlage eine entscheidende Rolle.

Eine wichtige Messgröße für den gesamten Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage ist die sogenannte Performance Ratio. Diese gibt an, welchen Energieertrag eine Photovoltaikanlage im Vergleich zum maximal möglichen Ertrag erreicht. Um die Performance Ratio zu ermitteln, teilst du den am Zähler abgelesenen Ertrag durch den maximal möglichen Ertrag der Photovoltaikanlage. Im Durchschnitt kommen Photovoltaikanlagen auf einen maximal möglichen Ertrag von 65 bis 75 Prozent.

Welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage?

Eine Photovoltaikanlage besteht aus vielen verschiedenen Komponenten. Ihre Leistung ist von diesen sowie weiteren Faktoren abhängig. Dazu zählen:

Module für die Photovoltaik

Der sogenannte Modulwirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der Sonneneinstrahlung ein Modul tatsächlich in Strom umwandelt. Dieser Wert ist abhängig von der Art der eingesetzten Solarzelle sowie der Größe des Moduls. Es gibt monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule.

• Monokristalline Module (in der Regel aus Silizium) kommen auf einen Wirkungsgrad von bis zu 22 Prozent. Demgegenüber steht jedoch der hohe Kosten- und Energieaufwand bei der Produktion der großen Siliziumkristalle, die man für die Herstellung von monokristallinen Modulen benötigt.
• Polykristalline Solarmodule (ebenfalls meistens aus Silizium) kommen hingegen „nur“ auf einen Wirkungsgrad von bis zu 20 Prozent, sind in der Herstellung aber günstiger.
• Dünnschichtmodule sind ebenfalls einfach und preiswert in der Herstellung, erreichen aber lediglich einen Wirkungsgrad von weniger als 10 Prozent.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den von der Photovoltaikanlage erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser Prozess ist stets mit kleinen Energieverlusten verbunden. Trotz allem haben Wechselrichter einen sehr hohen Wirkungsgrad von 98 Prozent (ohne Trafo) bzw. 96 Prozent (mit Trafo).

Der Wirkungsgrad eines Wechselrichters wird generell durch das Verhältnis des auf der Gleichstromseite eingehenden Stroms zu dem entstehenden Wechselstrom auf der anderen Seite bestimmt. Die im Wechselrichter eingehende Leistung schwankt, da sie unter anderem von der Sonneneinstrahlung abhängig ist. Zudem sollte der Wechselrichter nah am Einspeisepunkt installiert sein, um zu große Verluste zu vermeiden.

Verkabelung

Bei der Verkabelung ist besonders wichtig, darauf zu achten, dass die vom Hersteller der Photovoltaikanlage angegebenen Leitungsquerschnitte nicht unterschritten werden. Zu dünne Kabel verursachen nämlich hohe Verluste. Generell gilt außerdem: Je höher der elektrische Widerstand im Leitmaterial, umso mehr Energie geht in Form von Wärme verloren. Insgesamt haben also Kabelquerschnitt, gewähltes Leitmaterial und Kabellänge Einfluss auf möglich Ertragsverluste. Bei korrekter und fachmännischer Verkabelung ist aber nur von einem sehr geringen Verlust auszugehen – bei 10 m Kabel von 0,24 Prozent der Anlagenleistung.

Einstrahlung

Eine zu starke Einstrahlung hat negative Effekte auf den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage. An sehr sonnigen Tagen kann sich deren Leistung um bis zu 10 Prozent reduzieren. Das liegt daran, dass die Solarzellen nicht mehr ideal arbeiten, wenn sie zu stark aufgeheizt sind.

Der sogenannte Temperaturkoeffizient gibt an, um wie viel Prozent sich die Leistung pro Grad Celsius verringert und ist von der Art des Solarmoduls abhängig. Im Durchschnitt liegt er zwischen -0,45 Prozent pro Grad Celsius bei kristallinen Modulen und -0,2 Prozent bei Dünnschichtmodulen. Wer bei der Installation der Anlage genug Abstand zwischen Solarmodulen und Dachfläche lässt, kann eine zu starke Aufheizung der Solarzellen vermeiden.

Für den optimalen Photovoltaik-Wirkungsgrad musst du Kosten und Nutzen abwägen

Je qualitativer Solarmodule, Wechselrichter und Verkabelung sind, umso geringer sind Ertragsverluste und umso höher ist der Wirkungsgrad der Anlage. Ein hoher Wirkungsgrad erfordert also – neben der fachmännischen Installation – höhere Investitionen in deine Photovoltaikanlage.

Wie entwickelt sich der Wirkungsgrad von Photovoltaik im Laufe der Zeit?

Die Forschung hat in den letzten Jahren die Technologie von Solarzellen und Wechselrichtern optimiert, sodass immer bessere Wirkungsgrade bei der Photovoltaik zu verzeichnen sind.

Die Energiebilanz von Photovoltaikanlagen ist durchweg positiv: Darunter versteht man den Vergleich zwischen dem Energieverbrauch und der Energieerzeugung einer Photovoltaikanlage. Sobald eine Photovoltaikanlage mehr Energie erzeugt, als für deren Produktion verbraucht wurde, hat sie sich „energetisch amortisiert“. Dies ist derzeit nach 2,5 bis 6 Jahren der Fall – und mit immer besseren Herstellungsmethoden bei der Photovoltaik wird sich auch dies noch beschleunigen.