Wie wirkungsvoll ist die Photovoltaik-Anlage?
Die mit Solarzellen in der Photovoltaik erzielten Wirkungsgrade marktüblicher Solarmodule liegen zwischen 15 und 20 Prozent (polykristalline Solarmodule) und 20 bis 22 Prozent (monokristalline Module) – bis hin zu über 35 Prozent (Konzentrator-Mehrschicht-Laborexemplar) oder über 40 Prozent[ (invertierte „triple-junction“-Solarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid und Gallium-Indium-Arsenid). Allerdings benötigen Konzentratorzellen aufgrund ihrer Bauweise eine erheblich größere Fläche.
Der Systemwirkungsgrad im Jahresverlauf ergibt sich dann aus der Multiplikation mit der Performance Ratio (PR). In diese fließen die Verluste des Wechselrichters ebenso mit ein wie Abschattungen und Verluste durch hohe Temperaturen. Die PR liegt im Bereich von 0,7 bis 0,85. Außer an der Optimierung von Produktionsprozessen arbeitet man auch an einer Erhöhung der Wirkungsgrade, um zu einer Verbilligung der Solarzellen zu kommen.
Unterschiedliche Verlustmechanismen setzen diesem Vorhaben aber Grenzen. Grundsätzlich sind die einzelnen Halbleitermaterialien oder -kombinationen nur für bestimmte Spektralbereiche des einfallenden Lichtes geeignet. Ein bestimmter Anteil der Strahlungsenergie kann also nicht genutzt werden, weil die Lichtquanten (Photonen) nicht über ausreichend Energie verfügen, um Ladungsträger "aktivieren" zu können. Auf der anderer Seite wird ein gewisser Anteil an Photonen-Überschußenergie nicht in elektrische Energie, sondern in Wärme umgewandelt. Hinzu kommen optische Verluste, wie die Abschattung der Zelloberfläche durch die Kontaktierung oder die Reflexion einfallender Strahlung an der Zelloberfläche. Auch elektrische Widerstandsverluste im Halbleiter und in den Anschlußleitungen sind als Verlustmechanismen zu nennen. Der störende Einfluß von Materialverunreinigungen, Oberflächeneffekten und Kristalldefekten ist ebenfalls nicht unerheblich.
Einzelne Verlustmechanismen (Photonen mit zu geringer Energie werden nicht absorbiert, Photonen-Überschußenergie wird in Wärme umgewandelt) können nicht weiter optimiert werden, weil sie aus physikalischen Gründen durch das verwendete Material vorgegeben sind. Dies führt zu einem theoretisch maximalen Wirkungsgrad von beispielsweise etwa 28 % bei kristallinem Silizium.
Maximale theoretische Wirkungsgrade verschiedener Solarzellen bei Standardbedingungen.
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Monokristalline Solarzelle |
18 % bis 28 % |
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Polykristalline Zelle |
13 % bis 16 % |
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Amorphe Siliziumzelle |
6 % bis 7 % |
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Tandemzelle |
10 % |
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Dünnschichtzelle (CIS) |
10 % bis 12 % |
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Dünnschichtzellen Galliumarsenid |
20 % bis 25 % |
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Dünnschichtzellen Cadmiumtellurid |
11 % |
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Farbstoffzelle (Grätzelzelle) |
2 % |
Es geht nicht um die höchste Prozentzahl: Faktoren wie bauliche Gegebenheiten, Umgebung, Ausrichtung, zur Verfügung stehende Fläche, Neigungswinkel etc sind viel wichtiger. Wir sagen Ihnen, welche Modultechnik für Sie die passende Lösung ist.