Der Wirkungsgrad einer PV-Anlage ist ein Gradmesser für die Effizienz, mit der sie Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie den Wirkungsgrad Ihrer PV-Anlage optimieren, richtig berechnen und welche Ausrichtung den höchsten Ertrag ermöglicht. Alles Wichtige für Bauherren und Sanierer.
Solaranlagenbetreiber sollten den Wirkungsgrad ihrer PV-Anlagen genau kennen. (Bildquelle: rh2010 – stock.adobe.com)
Definition: Was versteht man unter dem Wirkungsgrad einer PV-Anlage?
Der Wirkungsgrad einer PV-Anlage beschreibt das Verhältnis zwischen der von der Sonne bereitgestellten Energie und der tatsächlich von den Solarmodulen nutzbar gemachten elektrischen Energie. Einfach gesagt: Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Strom erzeugt eine Photovoltaikanlage aus der gleichen Menge Sonnenlicht.
Moderne Module erreichen Modulwirkungsgrade zwischen 17 % und 23 %, wobei Premium-Produkte sogar darüber hinausgehen können. Dennoch spielen neben den Solarmodulen auch andere Faktoren eine Rolle für den Gesamtwirkungsgrad der PV-Anlage.
Unterschied zwischen Modulwirkungsgrad und Anlagenwirkungsgrad
Der Wirkungsgrad einer einzelnen Solarzelle gibt an, wie effizient diese Zelle Sonnenlicht in Strom umwandelt. Diese Zahl ist oft höher als der Wirkungsgrad einer gesamten Solaranlage. Der Grund dafür liegt in den zusätzlichen Komponenten und Faktoren, die den Gesamtwirkungsgrad der Anlage beeinflussen.
Modulwirkungsgrad: Gibt an, wie effizient das Solarmodul selbst Sonnenlicht in Strom umwandelt.
Anlagenwirkungsgrad: Bezieht zusätzlich Wechselrichterverluste, Leitungsverluste und andere systembedingte Einbußen mit ein.
Ein hoher Modulwirkungsgrad garantiert nicht automatisch eine effiziente Anlage – nur das perfekte Zusammenspiel aller Komponenten erzielt maximale Solarerträge.
Technische Faktoren und wie sie sich auf den PV-Anlagen-Wirkungsgrad auswirken
Zelltechnologie: Monokristallin vs. Polykristallin vs. Dünnschicht
Die Effizienz von Solarzellen, gemessen am Wirkungsgrad, variiert je nach Typ und Technologie der Zelle. Hier sind die typischen Wirkungsgrade der gängigsten Solarzellentypen:
Monokristalline Solarzellen sind für ihre hohe Effizienz bekannt. Sie werden aus einem einzigen, kontinuierlichen Kristallgitter hergestellt, was ihnen eine gleichmäßige Farbe und ein gleichmäßiges Aussehen verleiht. Monokristalline Module haben Wirkungsgrade zwischen 15 Prozent und 22 Prozent. Das macht sie zu einer beliebten Wahl für Bereiche, in denen der Platz begrenzt ist, da sie mehr Energie pro Quadratmeter erzeugen können.
Polykristalline Solarzellen: Diese bestehen aus mehreren Kristallfragmenten und haben daher ein etwas ungleichmäßiges Muster. Ihr Wirkungsgrad liegt typischerweise zwischen 13 Prozent und 18 Prozent. Polykristalline Zellen sind in der Regel günstiger als monokristalline, haben jedoch einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad und benötigen mehr Fläche, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen.
Dünnschicht-Solarzellen: Diese Zellen verwenden andere Materialien als kristallines Silizium und sind in der Herstellung oft günstiger. Dünnschicht-Solarzellen können auf verschiedene Untergründe aufgetragen werden, was sie flexibel und leicht macht. Ihr Wirkungsgrad liegt jedoch generell niedriger, etwa zwischen 10 Prozent und 13 Prozent. Sie sind eine gute Wahl für Anwendungen, bei denen Flexibilität und Gewicht eine Rolle spielen, oder für große Flächen, wo die geringere Effizienz durch Größe ausgeglichen werden kann.
Temperaturkoeffizient: Warum Hitze den Wirkungsgrad mindert
Photovoltaikmodule arbeiten nicht besser, je heißer sie werden – im Gegenteil. Der sogenannte Temperaturkoeffizient zeigt, wie stark der Wirkungsgrad bei steigenden Temperaturen sinkt. Faustregel: Pro °C über 25 °C sinkt der Wirkungsgrad um rund 0,3–0,5 %. Auch regionale Klimabedingungen wie Luftfeuchtigkeit und Bewölkung beeinflussen die Effizienz der Solaranlage.
Wechselrichterwirkungsgrad und Systemverluste
Der Wechselrichter beeinflusst den PV-Anlagen-Wirkungsgrad stark. Dieses Gerät wandelt den Gleichstrom (DC), der von den Solarzellen erzeugt wird, in Wechselstrom (AC) um, der für Haushalte und zur Einspeisung ins Stromnetz benötigt wird. Hochwertige Geräte erreichen Umwandlungswirkungsgrade von bis zu 98 %. Verluste durch Kabel, Übergänge und Unterdimensionierung können den Gesamtwirkungsgrad aber weiter reduzieren.
Die Ausrichtung der PV-Anlage optimal planen für einen hohen Wirkungsgrad
Eine weitere Herausforderung für den Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist die Verschattung. Selbst geringfügige Verschattungen können die Leistung der gesamten Anlage erheblich reduzieren. Ebenso spielt die Ausrichtung der Solarmodule eine Rolle. Eine optimale Ausrichtung und Neigung der Module sind entscheidend, um den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu erreichen.
Dachausrichtung und Neigungswinkel für einen optimalen Ertrag
Ideale Ausrichtung: Süd (Azimut 180°)
Optimale Dachneigung: 30–35°
Ost- und Westausrichtungen erreichen etwa 80–90 % des maximal möglichen Ertrags, eignen sich aber gut für höhere Eigenverbrauchsquoten.
Einfluss von Verschattung, Verschmutzung und Standort
Verschattung (Bäume, Nachbargebäude) reduziert den Ertrag oft deutlich.
Verschmutzung durch Staub oder Laub mindert die Modulleistung.
Die regionale Sonneneinstrahlung variiert in Deutschland zwischen 900 und 1.200 kWh/m² jährlich.
Tipps zur Maximierung des PV-Anlagen-Wirkungsgrads
Optimale Ausrichtung: Richten Sie Ihre Module möglichst nach Süden aus.
Neigungswinkel anpassen: Ein Winkel von 30 bis 35° bringt meist die besten Erträge.
Verschattungen vermeiden: Schon kleine Schatten mindern den Ertrag signifikant.
Hochwertige Module wählen: Achten Sie auf den Modulwirkungsgrad und das Temperaturverhalten.
Wechselrichter richtig dimensionieren: Ein zu kleiner Wechselrichter drosselt den möglichen Ertrag.
Wenn eine PV-Anlage einen hohen Wirkungsgrad hat, bedeutet das mehr Ertrag pro Modulfläche. Pro Quadratmeter Dachfläche erzeugt die Solaranlage mehr Leistung, was insbesondere auf kleinen Dächern entscheidend ist, damit sich die Investition in Photovoltaik schnell amortisiert. Arbeitet eine Solarstromanlage effizient, wirkt sich das durch die reduzierten CO2-Emissionen positiv auf unser Klima aus. Um sich ein individuelles Angebot für eine PV-Anlage zu erstellen, nutzen Sie am besten unseren Solarrechner.
Fazit: Den Wirkungsgrad der PV-Anlage richtig einschätzen
Der Wirkungsgrad von Solarenergie ist zentral, um die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit Ihrer Solaranlage zu beurteilen. Zudem sollten Sie andere Aspekte wie die Lebensdauer, die Kosten und die Gesamtleistung der Photovoltaik berücksichtigen.
Mit fortschreitender Technologie und Innovationen im Bereich der Solarenergie ist zu erwarten, dass der Wirkungsgrad von Solaranlagen weiter steigen wird, wodurch Solarenergie eine noch attraktivere Option für nachhaltige Energieversorgung darstellt.
FAQ zum Thema Wirkungsgrad von PV-Anlagen
Was ist ein guter Wirkungsgrad für eine PV-Anlage?
Ein guter Modulwirkungsgrad liegt aktuell bei 18 bis 22 %. Der Systemwirkungsgrad (inkl. Wechselrichter) erreicht je nach Qualität der Anlage etwa 15 bis 18 %.
Wie kann ich den Wirkungsgrad meiner PV-Anlage verbessern?
Durch optimale Ausrichtung, Reduzierung von Verschattung, Einsatz hochwertiger Module und regelmäßige Wartung.
Welche Ausrichtung ist optimal für den besten Wirkungsgrad?
Südausrichtung (Azimut 180°) mit einem Neigungswinkel von 30 bis 35° ist ideal.
Wie groß ist der Unterschied zwischen Ost-West- und Südausrichtung?
Eine Ost-West-Ausrichtung bringt ca. 10 bis 20 % weniger Ertrag, bietet aber oft Vorteile beim Eigenverbrauch.
Gibt es Fördermittel für Wirkungsgrad-optimierte PV-Anlagen?
Gibt es Fördermittel für Wirkungsgrad-optimierte PV-Anlagen?
Ja, vor allem über KfW-Förderprogramme und regionale Förderungen für Batteriespeicher oder PV-Anlagen mit hoher Eigenverbrauchsquote.
