Typen und Effizienz von Solarzellen

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt an, welcher Anteil der einfallenden Lichtenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Er bestimmt also auch darüber, welcher Ertrag mit einer Photovoltaikanlage erzielt werden kann. Ein Wirkungsgrad von 100 % würde bedeuten, dass die gesamte Sonnenenergie in Strom umgewandelt wird – das ist technisch jedoch nicht erreichbar. Bei den zurzeit leistungsstärksten Zellen bei etwa 25 Prozent. Voraussetzungen für diese hohen Wirkungsgrade sind eine sehr hohe Materialreinheit und die aufwändige Bearbeitung der Zellen. Das wirkt sich natürlich auf den Preis aus. Welche Zelltypen gibt es?

Diese Zellen bestehen aus Silizium und sind die derzeit effizientesten Zellen am Markt. Polykristalline Solarzellen sind günstiger, aber auch etwas weniger effizient. In Photovoltaikanlagen werden vor allem die sehr leistungsstarken monokristallinen Zellen eingesetzt, für netzgekoppelte Solaranlagen greift man vor allem zu monokristallinem und polykristallinem Silizium. Der etwas geringere Wirkungsgrad von polykristallinem Silizium wird durch den Preisvorteil ausgeglichen.

Neben den kristallinen Solarzellen werden auch so genannte Dünnschichtsolarzellen aus amorphen Silizium oder Cadmium-Tellurid angeboten und aus den Elementen Kupfer, Indium und Selen werden CIS-Zellen hergestellt. Im Vergleich zu den bekannten, blau schimmernden, polykristallinen Siliziumzellen, die durchschnittliche Wirkungsgrade von 12 bis 14 Prozent aufweisen, fällt der Material- und Energieaufwand für die Herstellung von Dünnschichtzellen deutlich geringer aus. Sie haben zwar geringere Wirkungsgrade als kristalline Zellen, besitzen aber andere Vorteile. Ihre Produktion ist wirtschaftlicher, weiters wird weniger Material und teure Energie verbraucht und das Zellmaterial kann je nach Träger fest oder hochflexibel sein. Module aus amorphem Silizium gelangen hauptsächlich im Freizeitbereich zur Anwendung, beispielsweise für Campingmobile oder in der Seefahrt. Ein weiteres Anwendungsfeld sind Systeme zur direkten Dachintegration.

Zurzeit wird stark an Alternativen zu den bisherigen Zelltypen gearbeitet. So erreichen moderne Technologien wie Tandem- oder Perowskit-Solarzellen im Labor bereits deutlich höhere Wirkungsgrade, als die bisherigen Varianten. Sie sind aber noch nicht im Massenmarkt angekommen und zurzeit einfach noch viel zu teuer.

Wie viel Leistung eine Solarzelle bringen kann, hängt nicht nur von der Materialzusammensetzung und Verarbeitung ab, sondern auch von Faktoren wie Ausrichtung und Neigung der Paneele, den Außentemperaturen (je höher die Temperatur, desto geringer der Wirkungsgrad), dem Ausmaß an Verschattung und Verschmutzung der PV-Anlage und der Alterung. Immerhin sinkt der Wirkungsgrad pro Jahr um ca. 0,2 bis 0,5 %, nach 20 Jahren liegt er noch bei etwa 90 Prozent.