Was der Wirkungsgrad eines Solarmoduls tatsächlich misst

Zwei Solarmodule haben unterschiedliche Größen und weisen verschiedene Wirkungsgrade aus. Welches wird mehr Strom erzeugen? Mit diesen Angaben können wir das noch nicht beantworten. Wir müssen die Fläche, die Beleuchtungsbedingungen, die Temperatur und den Zeitraum kennen, den wir vergleichen wollen. Der Wirkungsgrad ist ein wichtiger Zusammenhang, aber keine vollständige Beschreibung der Stromproduktion einer Anlage.

Ein klar definierter Bruch

Der Umwandlungswirkungsgrad setzt die nutzbare elektrische Leistung, die erzielt wird, zur Leistung der auf das Gerät einfallenden Strahlung ins Verhältnis. Die Erklärung des DOE zur Leistung von Photovoltaikanlagen beschreibt diesen Zusammenhang und die Faktoren, die ihn begrenzen. Außerdem muss angegeben werden, welche Fläche und welche Systemebene betrachtet werden.

Verwenden wir erfundene, gerundete Zahlen. Fallen 1.000 W auf ein Gerät und erhalten wir unter diesen Bedingungen 200 W elektrische Leistung, beträgt sein Wirkungsgrad 20 %. Das Beispiel ist weder ein Produktdatenblatt noch eine Prognose für ein Dach. Es bedeutet auch nicht, dass das Gerät den ganzen Tag über 200 W erzeugt: Die Einstrahlung und die Bedingungen ändern sich.

Eine Zelle ist keine Anlage

Eine Zelle ist das grundlegende Umwandlungsgerät. Mehrere Zellen werden mit Anschlüssen und Schutzmaterialien zu einem Modul zusammengefügt. Eine Anlage umfasst zusätzlich Verkabelung, Elektronik und weitere Komponenten. Das DOE unterscheidet zwischen dem Aufbau von Zellen und Modulen. Beim Vergleich von Ergebnissen muss die Ebene des gemessenen Objekts gleich bleiben.

Ein Laborrekord für eine kleine Zelle beschreibt nicht automatisch den Wirkungsgrad eines in Serie gefertigten Moduls. Ebenso sagt er für sich genommen nichts darüber aus, wie viel Energie den Zähler erreicht. Es kann sich um einen wichtigen Fortschritt handeln und zugleich Fragen zu Herstellung, Stabilität und Leistung in einem anderen Maßstab offenlassen.

Was der Halbleiter bewirkt

Das Material absorbiert einen Teil des Lichts und kann Ladungsträger erzeugen. Der Aufbau des Geräts ermöglicht es, einen Teil dieser Ladungsträger zu trennen und als elektrischen Strom abzuführen. Der Leitfaden des DOE zu Photovoltaikzellen erläutert das Prinzip und verschiedene Materialfamilien.

Nicht das gesamte Licht wird in Strom umgewandelt. Es gibt Reflexion, nicht genutzte Photonen und Rekombinationsprozesse. Die Energie, die nicht als Strom abgegeben wird, muss in der Bilanz auf andere Weise auftauchen, zum Beispiel als Wärme oder als nicht absorbierte Strahlung. Dass sich ein Solarmodul erwärmt, bedeutet nicht, dass es Strom für später speichert.

Temperatur, Schatten und Bedingungen

Die Temperatur beeinflusst die Eigenschaften des Geräts. Bei den gängigen Zellen kann eine Temperaturerhöhung die Spannung senken und die Leistung beeinträchtigen. Der konkrete Zusammenhang ist der Dokumentation des Moduls zu entnehmen. Eine höhere Umgebungstemperatur bedeutet nicht automatisch mehr Stromproduktion, auch wenn ein sonniger Tag eine hohe Einstrahlung bieten kann.

Auch Schatten und die elektrische Konfiguration spielen eine Rolle. Für einen aussagekräftigen Vergleich müssen Standort, Ausrichtung, Geometrie und Betriebsbedingungen gleich bleiben oder es muss erläutert werden, wie ihre Unterschiede berücksichtigt werden. Wenn zwei Ergebnisse aus nicht vergleichbaren Prüfungen stammen, macht die Genauigkeit der Nachkommastellen sie nicht vergleichbar.

Leistung im Vergleich zu Energie

Die Leistung beschreibt die Umwandlungsrate zu einem bestimmten Zeitpunkt oder unter festgelegten Bedingungen. Energie summiert diesen Vorgang über einen Zeitraum. In einem weiteren Lehrbeispiel würde eine konstante Leistung von 100 W, die fünf Stunden lang aufrechterhalten wird, 500 Wh liefern. Die Annahme einer konstanten Leistung gehört zum Beispiel; für eine reale Anlage braucht man ein zeitliches Profil.

Deshalb reicht die Nennleistung nicht aus, um die Jahresproduktion ohne Kontext durch eine einfache Multiplikation zu berechnen. Die Einführung des DOE in Solarsysteme ordnet die Umwandlung in ein umfassenderes System ein, das auch Integration und Steuerung erfordert. Der Bedarf der Nutzerinnen und Nutzer und die verfügbare Fläche beeinflussen, welcher Vergleich am sinnvollsten ist.

Wie man eine Verbesserung liest

Wenn eine Ankündigung einen höheren Prozentsatz nennt, sollte man prüfen, ob von Prozentpunkten oder einer relativen Verbesserung die Rede ist. Ein Anstieg von 20 % auf 22 % wären zwei Prozentpunkte und eine relative Verbesserung von 10 %, wenn alles andere gleich bleibt. Das sind erfundene Zahlen, die zwei korrekte Möglichkeiten veranschaulichen, dieselbe Veränderung auszudrücken.

Anschließend sollten wir fragen, wie gemessen wurde, in welchem Maßstab und über welchen Zeitraum. Ein höherer Wirkungsgrad kann helfen, mehr Leistung pro Fläche zu erzielen, löst aber nicht von selbst Fragen zu Kosten, Lebensdauer oder Umweltauswirkungen. Wer den Nenner und die Bedingungen versteht, kann aus einer attraktiven Zahl eine Information machen, die sich tatsächlich zum Vergleich eignet.

Vom Datenblatt zur Produktionsschätzung

Das Handbuch zu PVGIS des Joint Research Centre unterscheidet die Eigenschaften des Moduls von der geschätzten Produktion eines Systems. Bei den Berechnungen werden Standort, Einstrahlung, Ausrichtung und Verluste berücksichtigt. Das Ergebnis ist eine Schätzung auf Grundlage von Daten und Annahmen, keine Garantie dafür, was ein bestimmtes Dach erzeugen wird.

Damit ändert sich die sinnvolle Fragestellung. Statt die Nennleistung mit sämtlichen Stunden des Jahres zu multiplizieren, brauchen wir ein Profil des Solarangebots und eine Beschreibung des Systems. Außerdem sollte man die verwendete Wetterdatenbank und den Zeitraum, den sie abbildet, notieren. Die zwischenjährliche Variabilität erinnert daran, dass ein historischer Mittelwert nicht jedes einzelne Jahr beschreibt.

Die Tabelle ordnet Größen, die in Ankündigungen oft gemeinsam auftauchen. Wenn ihre Einheiten beibehalten werden, lassen sich nicht vergleichbare Angaben erkennen, bevor wir erörtern, welches Design die besseren Leistungen bietet. Die grafische Bilanz ist lediglich das erfundene Beispiel aus dem Text; die Zahlen werden weder PVGIS noch einem Hersteller zugeschrieben.