Wirkungsgrad Solarmodule –
Wie wichtig ist der Wert wirklich

Bei der ersten Recherche zu Solarmodulen für dein Wohnmobil, wunderst du dich vielleicht über die Angaben zum Wirkungsgrad auf dem Datenblatt – ist das normal, dass der so klein ist? Und was soll mir diese Prozentzahl überhaupt sagen? In diesem Artikel klären wir, was du vom Wirkungsgrad erwarten kannst, wo die Unterschiede liegen – und ob das für dich überhaupt wichtig ist.

Wirkungsgrad bei Solarzellen

Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der gesamten eintreffenden Lichtenergie in Solarstrom umgewandelt werden kann. Er ist also, wie an der Bezeichnung gut abzuleiten, ein Maß für die Effektivität der Solarzelle.

Zwischen verschiedenen Solarmodul-Arten kann der Wirkungsgrad stark schwanken. Ob der Wert höher oder niedriger ist, hängt von der Zellart und der Güte einzelner Zellen der gleichen Art ab.

Für den gesamten Wirkungsgrad der kompletten Solaranlage müssen außerdem noch Verluste über die Verkabelung mit eingerechnet werden, weshalb auch der Rest der Anlage sorgfältig zu planen ist.

Mit welchem Wirkungsgrad deine Solarmodule auf dem Wohnmobil gerade in der Realität arbeiten können, hängt noch von vielen anderen Faktoren, wie der an deinem Aufenthaltsort eintreffenden Globalstrahlung und weiteren ab:

Wirkungsgrad unterschiedlicher Zelltypen

Im Zusammenhang mit Solarmodulen hört man oft von den Begriffen monokristallin, bzw. polykristallin. Es handelt sich hierbei um unterschiedliche Herstellungsmethoden für das Ausgangsmaterial. Dies macht einen entscheidenden Unterschied.

Silizium

Solarzellen können generell aus unterschiedlichen Halbleitermetallen hergestellt werden. Bei derzeit am Markt befindlichen Solarmodulen ist jedoch Silizium das traditionelle Grundmaterial.

Die Zellen, die man typisch als Quadrate mit abgeschrägten Ecken kennt, werden in einem Verbund zu Solarmodulen oder PV(Photovoltaik)-Modulen zusammengeschlossen.

Monokristallines Silizium

Monokristalline Zellen sind dünne Scheiben, die von einem Silizium-Einkristall abgeschnitten werden. Dieser wird aus einem winzigen, unter Laborbedingungen erzeugten Ausgangskristall, dem sogenannten Impfkristall herangezogen, der seine völlig gleichmäßige Struktur an den gesamten, entstehenden Siliziumstab weitergibt. Durch eine solch regelmäßige Gitterstruktur kann der Strom besonders gut fließen. Die dünnen Scheiben, die für die Zellherstellung von diesen Kristallstäben abgeschnitten werden, nennt man Wafer.

Polikristallines Silizium

Im Gegensatz zu den Wafern aus Ein-(mono) Kristallen, können Solarzellen polykristallin hergestellt werden. Hierbei werden beispielsweise die ganzen Reste aus der Herstellung monokristalliner Zellen zusammen eingeschmolzen und als neuer Block auskristallisiert. Über so eine schön regelmäßige Gitterstruktur verfügt dieser dann natürlich nicht. An den Grenzflächen entstehen Übergangswiderstände die zu Stromverlusten führen.

Monokristalline Solarzellen weisen aus diesem Grund einen höheren Wirkungsgrad auf, als polykristalline. Allerdings ist auf der anderen Seite die Herstellung von monokristallinen Wafern teurer, da es zeit- und energieaufwändig ist, Kristalle in der entsprechenden Größe zu züchten.

Veränderung des Wirkungsgrades mit der Temperatur

Ein weiterer Einflussfaktor auf den Wirkungsgrad eines Solarmoduls ist die Temperatur. Mit zunehmender Temperatur sinkt die Effektivität, was bei der Dimensionierung der Solaranlage beachtet werden muss. Lies hier mehr zum Temperaturkoeffizienten.

Güteklasse der Zellen

Auch monokristalline Zellen sind nie zu 100% gleich, denn in der Praxis existiert kein absolut reiner Kristall, der nicht auch Fremdatome enthält. Unter anderem deshalb werden alle Zellen in der Produktion einzeln und unter standardisierten Laborbedingungen getestet und in Güteklassen eingeteilt.

Innerhalb einer bestimmten Marke, z. B. den Hochleistungszellen Sunpower Maxeon Gen. III, existieren also noch einmal unterschiedliche Qualitäten. Für tigerexped Solarmodule verwenden wir deshalb aus der Sunpower-Produktion nur die Zellen, die die höchste Einstufung beim Test erreichen konnten.

Nutzbares Lichtspektrum

Die Sonne schickt ihre Strahlung in Form von nicht sichtbaren Lichtteilchen zur Erde, die sich in unterschiedlich langen Wellen fortbewegen. Je nachdem wie lang die Wellen sind, können wir diese als Licht wahrnehmen – oder zu Solarstrom umwandeln. Die Lichtteilchen brauchen genau die richtige Menge Energie um sie zur Stromproduktion nutzen zu können – man spricht hier von Bandlücke oder Bandabstand.

Leider liegt nur ein kleiner Teil der Lichtwellen in diesem nutzbaren Spektrum – bezogen auf 100% des eintreffenden Lichts, kann das Solarmodul so viel Prozent der Lichtwellen verarbeiten, wie auf dem Datenblatt angegeben.

Das nutzbare Lichtspektrum stellt eine physikalisch mögliche Grenze für die Stromerzeugung aus Sonnenlicht dar, da kein Material dazu fähig ist, das ganze Spektrum zu nutzen. Theoretisch sind (zum aktuellen Entwicklungsstand der Technik) 33% Wirkungsgrad machbar, doch in der Praxis ist dieser Wert aufgrund hinzukommender äußerer Umstände nicht möglich.

Neueste Modulentwicklungen lassen nicht verarbeitbare Lichtwellen durch das Modul hindurch, statt sie zu reflektieren. Dort treffen sie auf eine zweite Schicht von Zellen, die aus einem Material besteht, welches ein abweichendes Lichtspektrum nutzt. Mit solchen sogenannten Tandem-Solarzellen wurden bereits Werte von über 40% erreicht – die breite Markteinführung zur Nutzung auf Wohnmobildächern wird aber leider noch länger auf sich warten lassen.

Welche Wirkungsgrade sind realistisch

Mit monokristallinen Zellen können heutzutage Wirkungsgrade von bis zu 24% erreicht werden. Bei Hochleistungszellen mit höchster Güteklasse sogar noch eine Nachkommastelle mehr.

Polykristalline Solarzellen kommen dagegen auf höchstens 19 – 20%.

Mit dem tigerexped Solar-Sortiment und einem Wirkungsgrad von 24,2% bei unseren festen Modulen und semiflexiblen Panels, liefern wir also die höchste Effizienz, die derzeit am Markt erhältlich ist.

Wirkungsgrad und Zellalterung

Auch Solarzellen bleiben nicht ewig jung und der Wirkungsgrad geht mit der Zeit leicht zurück. Wir reden hier allerdings über einen, für ein Wohnmobilleben sehr langen Zeitraum.

Nach ungefähr 25 Jahren, liegt der alterungsbedingte Leistungsrückgang etwa bei 10%.

Die unterschiedlichen Zelltypen nehmen sich dabei nicht viel. Nur in den ersten paar Tagen, bei der initialen Degradation. Hier verlieren die monokristallinen im Vergleich. Die Anfangsdegradation ist allerdings bereits auf dem Datenblatt mit eingerechnet.

Was also kaufen – mono- oder polykristallin

Polykristalline Zellen sind kein absoluter Quatsch. Sie sind preisgünstiger, haben aber einen von vornherein niedrigeren Wirkungsgrad durch Übergangswiderstände. Hinzu kommt noch eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit – das nutzbare Lichtspektrum, wie oben bereits besprochen, ist bei polykristallinen Zellen nicht ganz so breit. Dem wird inzwischen durch sehr moderne Techniken versucht entgegenzuwirken, um auch das Material aus Nicht-Einkristall-Blöcken besser nutzen zu können, doch wenn man Solarpanele jetzt zurzeit neu anschaffen möchte, ist man mit monokristallinen, hochqualitativen Zellen definitiv am besten dran.

Ist dieser Wirkungsgrad eigentlich SO wichtig?

Wie sehr du beim Kauf von Solarmodulen auf deren Wirkungsgrad achten musst, hängt von der zur Verfügung stehenden Fläche ab. Bei Modulen, die auf Hausdächern Verwendung finden, ist deswegen häufig ein kleinerer Wirkungsgrad vorzufinden. Über Bau oder Nichtbau der kompletten Anlage, entscheidet meist die höhe der Anfangsinvestition. Kommt man nicht auf die erhofften Energieerträge, finden auf dem Hausdach aber auch mal noch zwei Paneele mehr einen Platz, ohne den finanziellen Rahmen komplett zu sprengen.

Bei Camper und Wohnmobil sieht das anders aus. Hier haben wir es mit einer stark begrenzten Fläche zu tun, die optimal genutzt werden muss, damit wir autark stehen können.

Ein hoher Wirkungsgrad sorgt dafür, dass du mit der gleichen Solarpanelfläche MEHR Strom in deine Batterien bekommst. Für autarkes Stehen macht ein Blick ins Datenblatt und den darin angegebenen Wirkungsgrad auf jeden Fall Sinn, wenn du nicht einfach noch ein Modul mehr montieren kannst, um auf die gewünschte Energiemenge zu kommen – z.B. indem du auf die Dachluke oder die Dachterrasse verzichtest.

Willst du so viel Strom auf dem Camperdach generieren wie möglich, unterstütze den hohen Wirkungsgrad des Solarpanels durch optimale Ausrichtung zur Sonne, indem du das Panel aufstellbar machst – aus der Praxis kann man allerdings sagen: Man stellt es in der Regel eh nie auf. Dazu kommt, dass das Fahrzeug selbst nicht optimal nach der aufgestellten Panelseite ausgerichtet werden kann. Ständiges Umparken wäre die Folge.

Wenn der Strom trotz hohem Wirkungsgrad nicht reicht

Sollte nach dem Kauf von Solarmodulen mit bestem Wirkungsgrad dein Strombedarf dennoch nicht ganz gedeckt, der Platz auf dem Camperdach aber voll sein, ist eine flexibel aufstellbare Solartasche als Zusatzmodul eine empfehlenswerte Lösung.

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