Photovoltaik Wirkungsgrad – Wie misst man die Effizienz von PV-Modulen?
Wer eine Solaranlage plant, möchte vor allem eines: möglichst viel aus der eigenen Dachfläche herausholen. Entscheidend dafür ist der Wirkungsgrad – er zeigt, wie effizient Sonnenlicht in nutzbaren Strom umgewandelt wird. Schon kleine Unterschiede wirken sich auf den Ertrag, die Wirtschaftlichkeit und die Zahl der benötigten Module aus.
Doch was bedeutet ein hoher Wirkungsgrad konkret, wie wird er gemessen und worauf kommt es bei der Auswahl der Module an? In diesem Artikel beantworten wir diese Fragen und zeigen Ihnen, wo sich sich Technik-Marketing von echter Leistung trennt.
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 Energie der Sonne 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 Solaranlage Kosten 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 PR, 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 ermittelt, damit Module verschiedener Hersteller vergleichbar sind. Diese Normbedingungen – Standard Test Conditions (STC) – legen drei zentrale Messparameter fest:
- Einstrahlung: 1.000 Watt pro Quadratmeter (W/m²)
- Zelltemperatur: 25 °C
- Luftmasse (Air Mass, AM): 1,5
Unter diesen Bedingungen lässt sich bestimmen, wie viel der einfallenden Energie theoretisch in elektrische Energie umgewandelt wird. Der gemessene Wert wird meist als Modul- oder Zellwirkungsgrad bei STC ausgewiesen und in Prozent angegeben.
Berechnungsgrundlage & Formel
Zur Berechnung wird das Verhältnis der elektrischen Leistung (in Watt) zur eingestrahlten Leistung (W/m² × Modulfläche) gebildet:
Dabei entspricht Pelektrisch der gemessenen Leistung am Maximum Power Point (MPP), und PEinstrahlung der Lichtleistung auf die Zellfläche.
Weil unter realen Bedingungen die Einstrahlung, Temperatur und Spektralkomponenten variieren, weicht die Praxisleistung meist vom STC-Wert ab. Der STC-Wirkungsgrad bildet somit eine Referenz, nicht die tatsächliche Performance im Alltag.
Alternativer Normwert: NOCT
Für realitätsnähere Abschätzungen wird oft auch der NOCT-Wirkungsgrad (Nominal Operating Cell Temperature) herangezogen. Hier gelten andere Bedingungen: etwa 800 W/m² Einstrahlung, eine Umgebungsluft auf 20 °C, leichte Windgeschwindigkeit und eine Zelltemperatur von rund 45 °C. Der Vergleich von STC und NOCT zeigt, wie stark sich Temperatur und Betriebsbedingungen auf die Leistung auswirken.
Einflussfaktoren & technische Feinheiten
- Temperaturkoeffizient: Die Leistung sinkt meist um 0,2 – 0,4 % pro Kelvin über 25 °C – je nach Modultyp (z. B. PERC, TOPCon).
- Füllfaktor (Fill Factor, FF): Ein Qualitätsmaß der Solarzelle, das angibt, wie nahe Spannung × Strom am theoretischen Maximum liegt. Werte liegen bei kristallinen Zellen typischerweise zwischen 0,75 und 0,85.
- Spektrum des Sonnenlichts: Die Luftmasse (AM 1,5) berücksichtigt, wie stark die Atmosphäre das Sonnenlicht filtert. Je tiefer die Sonne steht, desto mehr verändert sich das Spektrum – und damit der Wirkungsgrad.
- Materialqualität und innere Verluste: Rekombination von Ladungsträgern, Defekte, Verunreinigungen oder minderwertige Halbleiter reduzieren den Ertrag.
- Umwelteinflüsse: Feuchtigkeit, UV-Strahlung und Alterung der Rückseitenfolie oder der Glasabdeckung beeinflussen die Degradation und senken den Wirkungsgrad über die Jah
Wirkungsgrad von PV-Modulen: Technische Einflussfaktoren
Der Modulwirkungsgrad ist nie allein eine Eigenschaft der Zellen – sondern das Resultat vieler technischer und materialbedingter Einflussgrössen im Zusammenspiel. Für Hausbesitzer, Investierende und Gewerbebetriebe ist es wichtig zu wissen: Jedes Promille zählt, besonders bei begrenzter Dachfläche.
Woran arbeiten Forscher?
Führende Institute wie das deutsche Fraunhofer ISE forschen intensiv an der Optimierung von Zelltechnologien und Produktionsverfahren. Besonders vielversprechend in der aktuellen Photovoltaik Forschung sind 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.
Modultechnologien und Wirkungsgrade im Vergleich
Bei der Auswahl einer Photovoltaikanlage ist die Modultechnologie fast so wichtig wie die Dachfläche selbst – sie entscheidet über Effizienz, Kosten, Lebensdauer, Anwendungsbereich und Stromertrag. Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht:
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.
Tiefere Einblicke & Technologien mit Potenzial
Neben den klassischen Silizium-Modulen kommen weiterentwickelte Technologien zunehmend zur Anwendung. Zu den wichtigsten zählen PERC, TOPCon, HJT (Heterojunction) und IBC- beziehungsweise Back-Contact-Zellen.
Sie nutzen verbesserte Passivierungsschichten und optimierte Kontaktierungen, wodurch sich der Modulwirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen mono- oder polykristallinen Varianten um ein bis zwei Prozentpunkte steigern lässt.
Dünnschicht Solarzellen
Auch Dünnschichttechnologien entwickeln sich stetig weiter. Während ihre Serienmodule traditionell niedrigere Wirkungsgrade aufweisen, erreichen moderne CIGS-Varianten inzwischen Laborwerte von über 23 Prozent und Module mit über 20 Prozent.
Damit schließen sie die Effizienzlücke zu kristallinen Solarmodulen und eignen sich besonders dort, wo geringes Gewicht und flexible Flächen gefragt sind.
Wo liegt die Zukunft?
Ein enormes Zukunftspotenzial bieten Mehrfach- und Tandemzellen. Durch die Kombination von Silizium mit Perowskit oder anderen Halbleitermaterialien lassen sich unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums gleichzeitig nutzen, um noch mehr Solarenergie zu generieren.
Dadurch werden Laborwirkungsgrade von mehr als 30 Prozent möglich. In der Theorie erlauben Multijunction-Zellen sogar Wirkungsgrade jenseits der 40-Prozent-Marke.
Diese Technologien befinden sich zwar noch überwiegend in der Forschungs- und Pilotphase, gelten jedoch als Schlüssel für die nächste Generation hocheffizienter Photovoltaikanlagen.
Wichtige Vergleichsaspekte für Entscheidungsträger
- Fläche vs. Leistung: Hohe Effizienz (z. B. > 22 %) zahlt sich besonders bei begrenzter Dachfläche aus – weniger Module, geringerer Flächenbedarf, höhere Erträge pro Quadratmeter.
- Kostenstruktur & Amortisation: Hochleistungsmodule sind teurer in der Anschaffung. Nur wenn der Mehrertrag die Zusatzkosten über die Lebensdauer deckt, lohnt sich die Investition. Besonders relevant bei hohen Strompreisen oder ambitionierten ESG-Zielen.
- Temperaturverhalten & Degradation: Technologien wie Dünnschicht oder bestimmte Passivierungen vertragen hohe Temperaturen besser. Jährliche Degradationsraten von 0,5 % bis 1 % sind üblich – nach 20 bis 25 Jahren garantieren viele Hersteller noch rund 80–85 % der ursprünglichen Nennleistung.
- Systemkompatibilität & Integration: Bifaziale Module, optimierte PV Module mit Rückseitennutzung, Anpassung an Wechselrichter, Integration in gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) oder Schrägdächer – die Wahl der Modultechnologie muss zum Gesamtsystem passen.
- Marktreife und Verfügbarkeit: Viele High-End- oder Tandemmodule existieren heute noch im Pilotstadium. Für zuverlässige, zertifizierte Anlagen in der Schweiz sind meist monokristalline oder TOPCon-/HJT-Module verfügbar.
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 sind moderne Wechselrichter mit Optimierern eine nützliche Hilfe, da sie den Ertrag einzelner Solarmodule unabhängig regeln. Auch Schnee, Schmutz, Laub oder Staubablagerungen senken den Modulwirkungsgrad. Abhilfe schaffen Sie hier, indem Sie Ihre Solaranlage reinigen.
Ausrichtung und Neigungswinkel der PV Module
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 im Blick
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.
-
Tandem Solarzellen: Bei dieser Variante werden unterschiedliche Zellmaterialien übereinander geschichtet, um verschiedene Bereiche des Lichtspektrums gleichzeitig zu nutzen.Erste Laborergebnisse liegen bereits bei über 40 %.
-
Fortschritte bei Verbindungen, Zelltechnologien und neuen Verfahren in der Produktion 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.
Ihre Solaranlage schneller amortisieren – wir zeigen, welche Module sich wirklich lohnen.
FAQ – Meist gestellte Fragen zum Thema
Wie kann ich den Wirkungsgrad der gesamten PV Anlage steigern?
Der Wirkungsgrad der gesamten PV-Anlage verbessert sich durch eine Kombination aus guter Planung und hochwertiger Technik. Entscheidend sind eine optimale Ausrichtung und Neigung der Module, effiziente Wechselrichter, saubere und verschattungsfreie Dachflächen sowie eine regelmässige Wartung. Moderne Technologien wie bifaziale Module oder Half-Cut-Zellen können den Ertrag zusätzlich erhöhen.
Wie wird der Wirkungsgrad von Solarzellen unter Standard Test Conditions (STC) gemessen?
Unter STC gilt: 1.000 W/m² Einstrahlung, 25 °C Zelltemperatur und Luftmasse AM 1,5. Diese Laborbedingungen liefern die Nennleistung, um die Wirkungsgrade verschiedener Solarzellen zu vergleichen.
Welche Faktoren beeinflussen den Modulwirkungsgrad einer PV-Anlage?
Temperatur, Ausrichtung, Neigung, Verschattung, Sauberkeit und Art der Module sowie die Qualität des Wechselrichters bestimmen, wie effizient ein Solarmodul im Alltag arbeitet.
Lohnt sich eine Photovoltaikanlage mit hohem Wirkungsgrad bei begrenzter Dachfläche?
Ja – bei wenig Fläche steigern hocheffiziente Module den Ertrag pro Quadratmeter. Das senkt die Zahl der benötigten Module und verbessert die Wirtschaftlichkeit langfristig.
Welchen Wirkungsgrad haben Perowskit-Solarzellen?
Perowskit-Solarzellen erreichen im Labor bereits Wirkungsgrade von rund 25 % bei Einzelzellen und über 32 % bei Tandemzellen in Kombination mit Silizium. Mehrfach-Tandems schaffen sogar Werte über 40 %. In praxisnahen Prototypen liegen die Wirkungsgrade derzeit meist zwischen 18 % und 22 %. Das Potenzial ist enorm, entscheidend für den Marktdurchbruch bleibt jedoch die langfristige Stabilität.
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.
