Photovoltaik Wirkungsgrad – Wie misst man die Effizienz von PV-Modulen?
Wer auf Solarstrom setzt, möchte vor allem eines: möglichst viel elektrische Energie aus der verfügbaren Sonnenenergie gewinnen. Genau hier kommt der Photovoltaik Wirkungsgrad ins Spiel – ein zentraler Faktor für die Leistung, den Ertrag und die Wirtschaftlichkeit Ihrer PV-Anlage.
Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie tatsächlich in Strom umgewandelt wird. Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Watt pro Quadratmeter erzeugt das Solarmodul – und desto mehr Eigenverbrauch lässt sich decken. Besonders bei begrenzter Dachfläche oder in Regionen mit wechselhaftem Wetter zählt jeder Prozentpunkt an Effizienz.
In diesem Artikel erfahren Sie, wie der Wirkungsgrad gemessen wird, welche Unterschiede es zwischen Modul-, Zell- und Anlagenwirkungsgrad gibt und welche Technologien die höchste Leistung versprechen.
Themen im Überblick
- Was ist der Photovoltaik-Wirkungsgrad?
- Wie wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle gemessen?
- Wirkungsgrad von PV-Modulen: Technische Einflussfaktoren
- Modultechnologien und Wirkungsgrade im Vergleich
- Welche Rolle spielen Standort und Umgebung?
- Lohnt sich eine PV-Anlage mit hohem Wirkungsgrad?
- Fazit: Wirkungsgrad als Schlüssel zur effizienten Photovoltaiknutzung
- FAQ – Meist gestellte Fragen zum Thema
Was ist der Photovoltaik-Wirkungsgrad?
Der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage beschreibt, wie effizient die eingestrahlte Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
In anderen Worten: Er zeigt an, wie viel Prozent der Sonnenenergie tatsächlich als Solarstrom nutzbar gemacht werden können.
Ein höherer Photovoltaik-Wirkungsgrad bedeutet, dass eine Anlage mehr Leistung pro Quadratmeter erzielt – ein entscheidender Vorteil bei begrenzter Dachfläche oder schwierigen baulichen Gegebenheiten.
Unterschied zwischen Zell-, Anlagen- und Modul-Wirkungsgrad
Für Nutzer von Solaranlagen ist besonders der Modul-Wirkungsgrad wichtig – er entscheidet über die real erzielbare Leistung pro Fläche und damit über den Ertrag.
Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet: weniger Module, geringere Installationskosten und höhere Wirtschaftlichkeit. Vor allem bei hohen Energiepreisen oder ambitionierten ESG-Zielen lohnt sich die Investition in hochwertige Solarmodule mit optimiertem Modulwirkungsgrad.
Was ist die Performance Ratio?
Die sogenannte Performance Ratio (PR) ist ein zusätzlicher Kennwert zur Bewertung der tatsächlichen Effizienz einer Photovoltaikanlage.
Im Gegensatz zum Wirkungsgrad, der sich auf Solarzellen, Module oder die gesamte Anlage unter Laborbedingungen bezieht, zeigt die Performance Ratio, wie gut die Anlage im realen Betrieb arbeitet – also unter Einbeziehung aller Verluste, die durch Temperatur, Wechselrichter, Verschattung, Verbindungen, Verschmutzung und andere Faktoren entstehen.
Die PR beschreibt somit das Verhältnis zwischen dem tatsächlich erzeugten Stromertrag und dem theoretisch möglichen Solarstrom, den die PV-Module unter idealen Bedingungen hätten liefern können.
Sie wird in Prozent angegeben und liegt bei gut geplanten und gewarteten Anlagen in der Regel zwischen 70 % und 85 %.
Wie wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle gemessen?
Die Effizienz von Solarzellen wird unter standardisierten Bedingungen gemessen, um eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Photovoltaik-Modulen zu gewährleisten. Diese sogenannten Standard Test Conditions (STC) definieren spezifische Parameter:
- Einstrahlung: 1.000 Watt pro Quadratmeter (W/m²)
- Zelltemperatur: 25 Grad Celsius
- Luftmasse (Air Mass, AM): 1,5
Diese Bedingungen simulieren einen klaren Sonnentag mit optimaler Sonneneinstrahlung. In der Praxis weichen die tatsächlichen Betriebsbedingungen jedoch häufig von diesen Standardwerten ab, was die Leistung der Solarzellen beeinflussen kann.
Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad
Mehrere Faktoren können den Wirkungsgrad von Solarzellen beeinflussen:
- Material und Zelltyp: Monokristalline Solarzellen weisen typischerweise höhere Wirkungsgrade auf als polykristalline oder Dünnschichtzellen. Monokristalline Zellen erreichen Wirkungsgrade von etwa 18 % bis 25%, während polykristalline Zellen zwischen 15 % und 20 % liegen. Dünnschicht-Solarzellen haben in der Regel niedrigere Wirkungsgrade, oft um die 10 %.
- Temperatur: Höhere Temperaturen können den Wirkungsgrad von Solarzellen reduzieren. Mit steigender Temperatur sinkt der Wirkungsgrad, weil ein kleinerer Teil der eingestrahlten Lichtmenge in nutzbaren Solarstrom umgewandelt wird.
- Lichtintensität: Schwankungen in der Sonneneinstrahlung beeinflussen die Leistung der Solarzellen. Bei geringer Lichtintensität, wie an bewölkten Tagen, produzieren Solarmodule weniger elektrische Energie.
- Verschattung: Teilweise Abschattung durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse kann den Ertrag erheblich mindern. Selbst kleine Schatten auf einem Teil des Solarmoduls können die Leistung des gesamten Moduls oder sogar der gesamten PV-Anlage reduzieren.
Zusätzlich zu diesen Faktoren spielen auch die Ausrichtung und der Neigungswinkel der Solarmodule eine entscheidende Rolle für den Gesamtertrag der Photovoltaikanlage.
Eine optimale Platzierung minimiert die negativen Auswirkungen der genannten Faktoren und schafft einen optimalen Wirkungsgrad.
Wirkungsgrad von PV-Modulen: Technische Einflussfaktoren
Der Wirkungsgrad von PV-Modulen wird massgeblich durch eine Reihe technischer Faktoren beeinflusst – von der Zellarchitektur über das verwendete Halbleitermaterial bis hin zur Herstellungstechnologie.
Material und Herstellungsverfahren
Die Wahl des Materials wirkt sich direkt auf den Modulwirkungsgrad und die Lebensdauer aus:
- Monokristallines Silizium bietet aktuell die höchste Effizienz bei Solarmodulen. Werte von bis zu 22 % sind möglich. Die Herstellung ist jedoch energieintensiv und vergleichsweise teuer.
- Polykristalline Solarmodule sind günstiger in der Produktion, erreichen aber meist nur 15–18 % Wirkungsgrad.
- Dünnschichtzellen – z. B. aus amorphem Silizium oder CdTe – punkten durch Flexibilität und geringes Gewicht, erreichen aber nur 6–13 % Effizienz. Sie eignen sich vor allem für grosse Flächen mit niedriger Lastaufnahme.
Zellarchitektur und elektrische Verbindungen
Die Zellverbindungen, Kontaktierung und das Layout der Module beeinflussen die Verluste durch elektrischen Widerstand. Modultechnologien wie shingled cells oder half-cut Zellen verbessern die Stromweiterleitung und steigern so den Ertrag. Auch bifaziale Module, die Licht von beiden Seiten aufnehmen, bieten einen höheren Stromertrag in der richtigen Umgebung.
Perowskit Solarzellen & Co.: Auf diese Technologien setzen Forscher
Führende Institute wie das Fraunhofer ISE forschen intensiv an der Optimierung von Zelltechnologien und Produktionsverfahren.
Besonders vielversprechend: Perowskit-Solarzellen und Vierfachsolarzellen, die mehrere Spektralbereiche des Sonnenlichts nutzen und so Wirkungsgrade von über 40 % im Labor erreichen.
Die Kombination aus Perowskit und Siliziumzellen wird als nächste Generation der Hochleistungs-PV gehandelt.
Weitere Einflussgrössen
Auch der Schutz gegen Umwelteinflüsse (z. B. Feuchtigkeit, UV-Strahlung) und die Qualität der Komponenten wie der Glasabdeckung oder der Rückseitenfolie spielen eine Rolle. Sie wirken sich auf die Langlebigkeit und damit die langfristige Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage aus.
Modultechnologien und Wirkungsgrade im Vergleich
Bei der Auswahl einer Photovoltaikanlage spielt die Wahl der passenden Modultechnologie eine zentrale Rolle. Die verschiedenen PV-Module unterscheiden sich nicht nur im Wirkungsgrad, sondern auch in puncto Kosten, Langlebigkeit, Anwendungsmöglichkeiten und Einsatzbereichen.
Obwohl diese Technologien noch nicht in der breiten Anwendung angekommen sind, gelten sie als Zukunftsträger der Solarenergie. Pilotprojekte und Forschungseinrichtungen wie das Fraunhofer ISE treiben die Verbesserungen und Marktreife kontinuierlich voran.
Der passende Modultyp hängt stark vom individuellen Bedarf ab: Fläche, Budget, gewünschter Ertrag, bauliche Gegebenheiten und langfristige Ziele – insbesondere im gewerblichen Bereich mit Fokus auf Amortisation und ESG-Kriterien – sind zentrale Entscheidungskriterien.
Welche Rolle spielen Standort und Umgebung?
Der Standort einer Photovoltaikanlage ist einer der wichtigsten Einflussfaktoren für den langfristigen Stromertrag und somit für die Wirtschaftlichkeit der Investition. Dabei wirken mehrere Faktoren zusammen – von der geografischen Lage über das lokale Wetter bis hin zur Ausrichtung der Solarmodule.
Geografische Lage
Die Menge an Sonnenenergie, die auf eine Fläche trifft, wird in Watt pro Quadratmeter gemessen und schwankt stark zwischen Regionen.
Während südliche Gebiete der Schweiz oder das Tessin durchschnittlich über 1.200 kWh/m² im Jahr erreichen, sind es in nördlicheren Lagen wie Zürich oder St. Gallen etwa 1.000 bis 1.100 kWh/m².
Grundsätzlich gilt: Je höher die Globalstrahlung, desto höher der potenzielle Solarstromertrag einer PV-Anlage.
Wetterbedingungen und Verschattung
Wetterbedingungen wie Bewölkung oder Nebel beeinflussen die Lichtintensität, mit der die PV-Module bestrahlt werden. An trüben Tagen fällt der Stromertrag – selbst hocheffiziente Solarmodule können unter diesen Umständen nur begrenzt elektrische Energie umwandeln.
Verschattungen durch Bäume, Kamine oder benachbarte Gebäude reduzieren den Wirkungsgrad einer Solarzelle deutlich. Schon kleine Schatten auf einzelnen Zellen führen durch Reihenschaltung zu Leistungsabfällen des gesamten Moduls.
Hier helfen moderne Wechselrichter mit Optimierern, die den Ertrag einzelner Solarmodule unabhängig regeln. Auch Schnee, Schmutz, Laub oder Staubablagerungen senken den Modulwirkungsgrad. Abhilfe schafft hier eine regelmässige Reinigung oder die Selbstreinigung durch geneigte Flächen.
Ausrichtung und Neigungswinkel der Solarmodule
Die optimale Ausrichtung für Anlagen in Mitteleuropa ist Süden, mit einem Neigungswinkel von 30–35 Grad. Diese Werte garantieren eine möglichst gleichmässige Nutzung der Sonnenstunden über das Jahr.
Abweichungen – etwa Ost- oder Westausrichtungen – sind ebenfalls sinnvoll, vor allem bei hohem Eigenverbrauch in den Morgen- oder Abendstunden. Hier lassen sich Verluste durch smarte Eigenverbrauchsoptimierung kompensieren.
Für Gewerbebauten mit Flachdächern sind Ost-West-Montagen optimal. Dieser Aufbau erlaubt höhere Modulanzahlen bei gleichmässiger Tagesverteilung.
Lohnt sich eine PV-Anlage mit hohem Wirkungsgrad?
Ja. Ein hoher Modulwirkungsgrad bietet zahlreiche Vorteile – sowohl für Privathaushalte mit begrenzter Dachfläche als auch für gewerbliche Gebäude, bei denen die Flächennutzung, Eigenverbrauchsoptimierung und Amortisation im Fokus stehen:
- Mehr Leistung pro Quadratmeter – ideal bei begrenztem Platz oder hoher Leistungsanforderung
- Höherer Stromertrag über die Lebensdauer – steigert die langfristige Wirtschaftlichkeit
- Stabilere Erträge bei diffusem Licht – vorteilhaft an Standorten mit wechselhaftem Wetter
Doch bedeutet ein hoher Photovoltaik Wirkungsgrad automatisch, dass sich der Einsatz teurer Hochleistungsmodule lohnt?
Das kommt auf das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Investition an.
Kosten-Nutzen-Analyse
PV-Module mit einem Wirkungsgrad über 20 % – oft auf Basis von monokristallinem Silizium – sind in der Anschaffung teurer.
Aber: Sie benötigen weniger Fläche für die gleiche Leistung und erzielen über die Jahre einen höheren Stromertrag, was sich in Regionen mit hohen Strompreisen besonders schnell auszahlt.
Standardmodule (15–18 %) – meist polykristallin – bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und lohnen sich bei grossen Flächen. Die Wahl des Modultyps hängt daher stark vom geplanten Verhältnis zwischen Kosten, Verbrauch, Fläche und gewünschtem Autarkiegrad ab.
Zukunft der Photovoltaik-Technologien
Die rasante Entwicklung im Bereich PV-Technologien zeigt, wohin die Reise geht:
- Perowskit-Solarzellen erreichen im Labor bereits über 30 % und könnten zukünftig in Serienproduktion gehen.
- Vierfachsolarzellen kombinieren verschiedene Zelltypen, um ein breiteres Lichtspektrum zu nutzen und den Ertrag deutlich zu erhöhen.
- Fortschritte bei Verbindungen, Zelltechnologien und neuen Produktionsverfahren reduzieren Leistungsverluste und verlängern die Lebensdauer.
Gerade für Unternehmen mit Fokus auf ESG-Ziele und hohe Eigenverbrauchsquoten lohnt sich die Investition in innovative, effiziente PV-Module oft in zweierlei Hinsicht – durch höhere Stromunabhängigkeit und Imagegewinn.
Fazit: Wirkungsgrad als Schlüssel zur effizienten Photovoltaiknutzung
Ein möglichst hoher Modulwirkungsgrad führt zu mehr Leistung pro Quadratmeter und langfristig höherem Solarstromertrag.
Die Auswahl der passenden PV-Module hängt von vielen Faktoren ab – allerdings ist der Wirkungsgrad ist nicht allein vom Modultyp abhängig.
Auch externe Faktoren beeinflussen die tatsächliche Effizienz einer PV-Anlage. Optimale Planung, hochwertige Komponenten (z. B. Wechselrichter, Zellverbindungen) sowie regelmässige Wartung sichern den langfristigen Ertrag.
Grundsätzlich ist eine Photovoltaik-Anlage mit hohem Wirkungsgrad eine zukunftssichere Investition – nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch. Durch die Kombination aus technischer Qualität, strategischer Eigenverbrauchsoptimierung und staatlicher Förderung lässt sich der Weg zur Stromautarkie effizient gestalten.
FAQ – Meist gestellte Fragen zum Thema
Welche Förderungen gibt es für private Wallboxen in der Schweiz?
Privatpersonen erhalten je nach Kanton bis zu 500 CHF pro Ladepunkt – etwa für Einfamilienhäuser oder private Parkplätze. Besonders aktiv fördern Zürich, Genf und einige Gemeinden.
Was beeinflusst den Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage im Alltag?
Temperatur, Verschattung, Verschmutzung, Ausrichtung der Module sowie die Qualität von Wechselrichter und Verkabelung beeinflussen den tatsächlichen Wirkungsgrad einer PV-Anlage entscheidend.
Wie wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle gemessen?
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle wird unter Standard-Testbedingungen (STC) gemessen – bei 25 °C Zelltemperatur, 1.000 W/m² Einstrahlung und Luftmasse 1,5. Diese Bedingungen ermöglichen eine objektive Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Zellen.
Was ist der Unterschied zwischen Modul- und Zellwirkungsgrad?
Der Zellwirkungsgrad bezieht sich auf die einzelne Solarzelle im Labor. Der Modulwirkungsgrad berücksichtigt zusätzlich Verluste durch Glas, Rahmen und Zellverbindungen – und ist daher für den realen Stromertrag entscheidender.
Lohnt sich eine PV-Anlage mit hohem Wirkungsgrad?
Ja, besonders bei kleiner Dachfläche oder hohem Eigenverbrauch. Hocheffiziente Module liefern mehr Strom pro Quadratmeter und steigern die Wirtschaftlichkeit langfristig – auch wenn sie in der Anschaffung teurer sind.
Gründer und Geschäftsführer der solarmotion ag.
Seit über 14 Jahren begleitet Stefan Merz Hausbesitzer und Unternehmen auf dem Weg zu einer unabhängigen und nachhaltigen Energiezukunft. Als erfahrener Energieexperte setzt er auf individuelle Lösungen mit Fokus auf Eigenverbrauch, Wirtschaftlichkeit und technische Zuverlässigkeit.
Sein Antrieb: Die Energiewende greifbar machen – mit ehrlicher Beratung, hochwertigen Komponenten und einem starken Team. Unter seiner Leitung hat die solarmotion bereits über 1000 Projekte erfolgreich realisiert.
