Wirkungsgrad von Solarmodulen im Vergleich

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Am häufigsten wird der Halbleiter Silizium als Trägermaterial in kristallinen Solarzellen verwendet. Silizium ist ein Halbmetall, welches sowohl die Eigenschaften von Metallen als auch Nichtmetallen und gute Leiteigenschaften aufweist. Monokristalline Zellen weisen einen Wirkungsgrad von 16 bis 22 % auf, polykristalline Solarzellen weisen heutzutage in etwa einen Wirkungsgrad von 14 bis 20 % auf.

Amorphe Zellen, sogenannte Dünnschichtsolarzellen, auf der Basis z. B. von CuInSe2-Verbindungshalbleitern (CIS-Solarzellen) erreichen hingegen nur einen Wirkungsgrad von 10 % bis 12 %. Der Wirkungsgrad von Solarzellen auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS-Solarzellen) liegt im Moment bei 11 bis 14 %. Es gibt jedoch auch andere Materialien wie beispielsweise Cadmiumtellurid (etwa 11 %) oder Galliumarsenid (20 % bis 25 %), die in Solarzellen zum Einsatz kommen.

Neben den anorganischen Solarzellen, zu denen die kristallinen und amorphen Solarzellen zählen, gibt es auch organische Solarzellen und Farbstoffsolarzellen. Sie könnten in Zukunft eine größere Rolle bei der Herstellung von Solarmodulen spielen, da sie eine kostengünstige Herstellung der Solarmodule erlauben. Jedoch ist ihr Wirkungsgrad mit rund 10 % derzeit noch sehr gering und sie verfügen über eine nur recht kurze Lebensdauer.

In jüngster Vergangenheit wurden hybride Solarzellen entwickelt. Das sind Solarmodule, die sowohl anorganische als auch organische Elemente enthalten. Durch die Verwendung unterschiedlicher Halbleiter sollen unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums in Strom umgewandelt werden können. In der Forschung konnten hybride Solarzellen bereits Wirkungsgrade von über 40 % erbringen.

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Durch Reflexion des einstrahlenden Lichts geht ein Teil der Sonnenenergie verloren, der nicht in Stromenergie umgewandelt werden kann. Durch das Auftragen einer Antireflexschicht auf die Siliziumschicht der Solarmodule an der Oberfläche wird der Wirkungsgrad erhöht, da mehr Licht eingefangen, d.h. absorbiert wird. Die Antireflexionsschicht auf den Solarmodulen ist für das typische Erscheinungsbild von Solarmodulen, ihre bläuliche bis schwarze Farbe, verantwortlich. Unbeschichtete Solarzellen sehen dagegen silbrig-grau aus.

Einen besonders guten Wirkungsgrad erzielen Antireflexschichten, die sich auf den roten Teil des Spektrums ausgerichtet sind, der bevorzugten Absorbtionswellenlänge des Siliziums. Es ließen sich so zwar auch rote, gelbe oder grüne Solarmodule produzieren. Sie hätten jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad.

Die Degradation ist ein weiterer, den Wirkungsgrad von Solarmodulen beeinflussender Faktor. Die Degradation beschreibt den Alterungsprozess bzw. das Alterungsverhalten von Solarmodulen. Durch die Alterung verlieren Solarmodule einen Teil ihres Wirkungsgrades. Die Art der Solarzellen und das verwendete Trägermaterial wiederum bestimmen die Degradation.

Polykristalline Solarmodulealtern in der Regel langsamer, jedoch etwas konstanter als monokristalline Solarmodule. Monokristalline Solarmodule altern hingegen in den ersten Monaten etwas stärker. Ihre Degradation ist dann zwar höher. Sie stabilisiert sich jedoch anschließend auf einem niedrigen konstanten Niveau. Die Degradation des Wirkungsgrades liegt im Durchschnitt bei 10% in 25 Jahren. Daher geben die meisten Hersteller eine Leistungsgarantie auf ihre Solarmodule von 25 Jahren bei mindestens 80 Prozent der Peak-Leistung.

Daneben gibt es viele weitere Faktoren wie z. B. die Ausrichtung und die Umgebungstemperatur der Solarmodule, die die jeweils im Praxisbetrieb resultierende Ist-Leistung von Solarmodulen beeinflussen. Daher ist in der Praxis der Wirkungsgrad des Solarmoduls auch immer geringer als der der Solarzelle unter Testbedingungen.

Monokristalline und polykristalline Solarmodule weisen derzeit den höchsten Wirkungsgrad von am Markt erhältlichen Modulen auf. Sie werden daher auch am häufigsten eingesetzt. Vergleicht man den Wirkungsgrad von Modul-Herstellern von kristallinen Solarmodulen miteinander, so ist kein sehr großer Unterschied zwischen den Modulen zu erkennen. Der Wirkungsgrad der meisten kristallinen Module schwankt je nach Leistung lediglich zwischen rund 13 bis 16%. Einzelne Module erreichen jedoch auch eine deutlich höhere Moduleffizienz.

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