Bei der Frage, wie effizient eine Solaranlage ist, ist der Wirkungsgrad der Solarzelle entscheidend. Dieser Grad beeinflusst, wie viel der einfallenden Sonnenenergie tatsächlich auch in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Solarstrom kann die Solarzelle erzeugen. Dieser hohe Wirkungsgrad von Solarzellen wiederum erhöht sowohl die Rentabilität als auch die Nachhaltigkeit der Anlage.
In diesem Beitrag erfahren Sie alle wichtigen Details zum Thema „Wirkungsgrad einer Solarzelle“. Wichtig: Gemeint ist hier immer der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln – nicht zu verwechseln mit Solarthermie-Anlagen, die Sonnenwärme z. B. für die Warmwasseraufbereitung nutzen.
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Energie der Zukunft: Wie effizient sind Solarzellen wirklich?
Solarzellen gelten als eine der vielversprechendsten Technologien zur Energiegewinnung. Der Wirkungsgrad handelsüblicher Solarzellen liegt laut Fraunhofer ISE und dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) heute bei rund 18 bis 23 Prozent.
Das bedeutet, dass dieser Prozentsatz der einfallenden Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird. Der Wert konnte außerdem in den letzten Jahren noch weiter gesteigert werden – einerseits durch generelle technologische Fortschritte als auch durch innovativere Materialien.
N-Typ vs. P-Typ: Der entscheidende Unterschied bei Solarzellen
Um zu verstehen, warum sich der Wirkungsgrad von Solarzellen in den letzten Jahren so stark verbessert hat, lohnt sich ein Blick auf das Ausgangsmaterial: den Silizium-Wafer. Je nachdem, mit welchem Element dieser dotiert wird, entsteht entweder eine P-Typ- oder eine N-Typ-Zelle.
P-Typ-Zellen werden mit Bor dotiert. Sie sind günstiger in der Herstellung und waren lange Zeit der Standard am Markt. Ihr Nachteil: Durch die Kombination aus Bor und Sauerstoff im Silizium kann es zur sogenannten lichtinduzierten Degradation (LID) kommen – die Zelle verliert bereits in den ersten Betriebsstunden und -jahren spürbar an Leistung.
N-Typ-Zellen werden dagegen mit Phosphor dotiert. Sie sind etwas aufwendiger in der Produktion, bieten dafür aber eine höhere Ladungsträgerlebensdauer, sind deutlich unempfindlicher gegenüber Verunreinigungen und zeigen praktisch keine lichtinduzierte Anfangsdegradation. Das Ergebnis: ein höherer und vor allem stabilerer Wirkungsgrad über die gesamte Lebensdauer der Solaranlage. Technologien, die aktuell den Markt prägen, bauen auf N-Typ-Wafern auf – auch die Solarmodule von Solakon setzen deshalb auf N-Typ-TOPCon-Zellen.
Was ist der Wirkungsgrad einer Solarzelle?
Der Wirkungsgrad der Solarmodule beschreibt das Verhältnis zwischen nutzbarer Energie zur zugeführten Energie in einem System.
Der Wirkungsgrad der PV-Module sagt also, wie effizient bestimmte Technologien (beispielsweise eine Solarzelle) die verfügbare Energie in nutzbare Energie umwandelt.
Ein Wirkungsgrad von 20 Prozent bei einer Solarzelle bedeutet also beispielsweise, dass 20 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die restlichen 80 Prozent gehen als Wärme oder in anderen Energieformen verloren.
Wirkungsgrad-Definition in der Zusammenfassung: Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der zugeführten Energie in nutzbare Energie umgewandelt werden kann.
Faktoren im Fokus: Was beeinflusst die Leistung Ihrer Solarzelle?
Viele Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad. Dazu gehören:
☀️ Qualität der Materialien
☀️ Temperatur
☀️ Intensität des Sonnenlichts
☀️ Winkel der Einstrahlung
☀️ Verschmutzungen
☀️ Verschattungen
Möchten Sie den Gesamtwirkungsgrad berechnen, benötigen Sie hierfür einige Faktoren:
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Wirkungsgrad der Solarzellen in Prozent
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Verluste durch Verkabelung (ein Teil der Energie geht durch den Widerstand der Kabel verloren – diese Verluste werden als Prozentsatz der erzeugten Energie berechnet und vom Wirkungsgrad abgezogen)
- Verluste im Wechselrichter (beim Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom kommt es zu Umwandlungsverlusten, die ebenfalls bei der Berechnung berücksichtigt werden müssen – moderne Wechselrichter haben Wirkungsgrade zwischen 95 und 99 Prozent)
Die Berechnung lautet:
Wirkungsgrad der Solarzellen × Wirkungsgrad des Wechselrichters × (1 – Kabelverluste)
Beispiel:
- ☀️ Wirkungsgrad der Solarzellen: 18 Prozent (0,18)
- ☀️ Wirkungsgrad des Wechselrichters: 97 Prozent (0,97)
- ☀️ Kabelverluste: 3 Prozent → Kabelwirkungsgrad 97 Prozent (0,97)
0,18 × 0,97 × 0,97 = 16,94 Prozent Gesamtwirkungsgrad der Anlage.
Solakon-spezifische Rechnung: Die Solarmodule beim onPower liefern einen Modulwirkungsgrad von 22,6 Prozent, der Solakon-Wechselrichter sogar einen Wirkungsgrad von über 99 Prozent – und übertrifft damit den Marktdurchschnitt deutlich. Bei einem beispielhaften Kabelwirkungsgrad von ebenfalls 97 Prozent lautet die Rechnung:
0,226 × 0,99 × 0,97 = 21,70 Prozent Gesamtwirkungsgrad der onPower-Anlage bei Solakon.
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Von Silizium & Sonnenstrahlen: der Aufbau einer Solarzelle
Der Aufbau einer Solarzelle basiert hauptsächlich auf Halbleitermaterialien wie Silizium, die in Schichten angeordnet sind und gemeinsam Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Wenn Sonnenstrahlen auf die Solarzelle treffen, werden Elektronen freigesetzt, die durch die Schichten fließen und Strom erzeugen.
Bei modernen N-Typ-TOPCon-Zellen, wie sie auch in den Solakon-Modulen verbaut sind, sorgt eine zusätzliche Passivierungsschicht dafür, dass weniger Elektronen auf dem Weg "verloren gehen" (geringere Rekombinationsverluste). Das ist der Hauptgrund, warum dieser Zelltyp die älteren PERC-Zellen beim Wirkungsgrad und bei der Langzeitstabilität überholt hat.
Sonnenkraft am Werk: so funktioniert Ihre Solarzelle
Bei der Solarzelle-Funktion geht es um den photoelektrischen Effekt. Dabei werden durch Sonnenlicht Elektronen aus dem Halbleitermaterial herausgelöst, was einen Stromfluss erzeugt.
Diese Funktionsweise der Solarzelle findet in den Schichten der Solarzelle statt. Das erzeugte elektrische Feld lenkt die Elektronen in eine bestimmte Richtung und erzeugt damit Solarstrom.
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PV-Anlage vs. Balkonkraftwerk
Je nach Wohnsituation und Bedarf kann ein Balkonkraftwerk eine sinnvolle Alternative zu einer größeren PV-Dachanlage sein: Es ist einfacher zu installieren, benötigt deutlich weniger Platz und deckt dennoch einen Teil des eigenen Strombedarfs.
Seit dem Solarpaket I (2024) ist die Anmeldung eines Balkonkraftwerks einfacher geworden – es reicht die Eintragung im Marktstammdatenregister, eine separate Anmeldung beim Netzbetreiber entfällt. Zudem dürfen Wechselrichter inzwischen bis zu 800 Watt einspeisen und Module bis zu 2.000 Watt Gesamtleistung haben.
Solarmodule
Balkonkraftwerk-Module sind heute meist bifazial aufgebaut: Sie nehmen Licht nicht nur von vorne, sondern auch über die Rückseite auf (etwa reflektiertes Licht vom Untergrund), was den Ertrag um bis zu 30 Prozent steigern kann. Der Modulwirkungsgrad liegt bei aktuellen Modulen meist zwischen 20 und 23 Prozent, je nach Hersteller und Zelltechnologie.
Ausrichtung und Neigung
Neben der Zelltechnologie beeinflusst auch die Montage den Ertrag: Eine Südausrichtung mit saisonal verstellbarer Neigung – steiler im Winter, flacher im Sommer – kann den Jahresertrag um bis zu 15 Prozent steigern. Wichtiger als der exakte Winkel ist meist die Vermeidung von Verschattung: Schon 10 Prozent Schatten können den Ertrag um 20 bis 30 Prozent senken.
Wechselrichter
Der Wechselrichter wandelt den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in netzfähigen Wechselstrom um. Moderne Geräte erreichen Wirkungsgrade von über 96 Prozent und dürfen in Deutschland aktuell bis zu 800 Watt einspeisen (zuvor 600 Watt), bei maximal 2.000 Watt Modulleistung. Bei Solakon liegt der Wirkungsgrad des mitgelieferten Wechselrichters bei über 99 Prozent.
Speichersysteme
Ohne Speicher fließt tagsüber erzeugter Solarstrom oft ungenutzt ins Netz, weil die höchste Erzeugung meist genau dann anfällt, wenn zu Hause kaum Strom verbraucht wird. Mit einem Speicher lässt sich die Eigenverbrauchsquote von rund 60 Prozent auf bis zu 100 Prozent steigern. Moderne Speicher setzen dabei meist auf LiFePO4-Technologie, die sich durch eine hohe Zyklenfestigkeit und thermische Stabilität auszeichnet – so auch der Solakon ONE, ein modular erweiterbarer Speicher mit integrierter Notstromfunktion.
Fazit zum Wirkungsgrad einer Solarzelle
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist entscheidend für die Effizienz und Rentabilität der Anlage. Dank moderner N-Typ-TOPCon-Zellen erreichen Solarmodule heute deutlich höhere und vor allem stabilere Wirkungsgrade als noch vor wenigen Jahren. Wer zusätzlich auf die richtige Ausrichtung, Wartung und Materialqualität achtet, holt das Maximum aus seiner Anlage – ob PV-Anlage oder Balkonkraftwerk.
