Wirkungsgrad von Photovoltaik: Wie viel Leistung bringen Module wirklich?

Eine Zahl, über die ich mich in Beratungen oft mit Kunden streite, ist diese: 21 Prozent. So viel Wirkungsgrad steht auf vielen Datenblättern, und fast jeder versteht das falsch. Es heißt nicht, dass nur ein Fünftel des Stroms ankommt und der Rest irgendwo verloren geht. Es heißt, dass das Modul ein Fünftel der Sonnenenergie, die auf seine Fläche fällt, in Strom umwandelt. Der Rest wird zu Wärme oder fällt durch. Und mit 21 Prozent ist Silizium heute schon erstaunlich nah an dem, was Physik überhaupt erlaubt.

Was der Wirkungsgrad überhaupt misst #

Auf einen Quadratmeter Dach fallen bei voller Sonne rund 1.000 Watt Sonnenleistung. Diese 1.000 Watt pro Quadratmeter sind die Messgröße, mit der Hersteller rechnen, festgelegt unter sogenannten Standard-Testbedingungen bei 25 Grad Zelltemperatur.

Ein Modul mit 21 Prozent Wirkungsgrad macht aus diesen 1.000 Watt also 210 Watt elektrische Leistung pro Quadratmeter. Klingt wenig, ist aber die Grundlage dafür, dass ein normales Einfamilienhausdach von vielleicht 40 Quadratmetern nutzbarer Fläche locker eine 8- bis 9-kWp-Anlage trägt.

Der Wert hat eine harte physikalische Grenze. Reines Silizium kann theoretisch nicht mehr als etwa 29 Prozent erreichen, das nennt man das Shockley-Queisser-Limit. Wir kratzen mit Seriemodulen mittlerweile am oberen Ende dessen, was bei Silizium sinnvoll geht. Wer also auf den großen Sprung von 21 auf 30 Prozent wartet, wartet auf eine andere Technik, nicht auf besseres Silizium.

Zelle, Modul, Anlage: drei Zahlen, die jeder verwechselt #

In den Prospekten tauchen verschiedene Wirkungsgrade auf, und sie meinen nicht dasselbe.

Der Zellwirkungsgrad beschreibt die nackte Solarzelle. Hier melden Hersteller Rekorde, Longi hat mit einer HJT-Zelle im Labor über 27 Prozent gezeigt. Das ist beeindruckend, hat aber mit Ihrem Dach wenig zu tun.

Der Modulwirkungsgrad ist die ehrlichere Zahl. Er bezieht sich auf die ganze Glasplatte, also inklusive Rahmen, Lötbändchen und der schmalen Zwischenräume zwischen den Zellen, die keinen Strom liefern. Zwischen Zelle und Modul liegen oft zwei bis vier Prozentpunkte. Eine 25-Prozent-Zelle wird im Modul vielleicht zu 22 Prozent.

Der Anlagenwirkungsgrad schließlich ist das, was nach dem ganzen Weg übrig bleibt: nach dem Wechselrichter, nach Kabelverlusten, nach Hitze und Verschmutzung. In der Praxis spricht man hier lieber von der Performance Ratio. Eine gut geplante Anlage erreicht 80 bis 90 Prozent, das heißt, von der theoretisch möglichen Stromernte landen 80 bis 90 Prozent wirklich im Haus oder im Netz.

Modultypen im Vergleich #

Polykristalline Module sind für Privatanlagen praktisch vom Markt verschwunden. 2024 waren weltweit über 97 Prozent der produzierten Module monokristallin. Wer heute ein Angebot bekommt, bekommt fast immer Mono. Trotzdem hilft der Überblick, weil die Begriffe noch herumgeistern.

Die letzte Spalte ist in der Praxis oft die wichtigste. Sie sagt, wie viel Dach Sie pro Kilowatt-Peak brauchen. Mit einem guten Mono-Modul kommen Sie auf gut 4 Quadratmeter pro kWp, mit Dünnschicht eher auf das Doppelte. Auf einem knappen Stadtdach entscheidet das darüber, ob am Ende 6 oder 9 kWp draufpassen.

Dünnschicht hat trotz des schwachen Wirkungsgrads eine Nische. Die Module sind günstig pro Watt, brauchen aber viel Platz. Auf einer großen Halle oder Freifläche, wo Fläche kein Problem ist, kann das rechnerisch aufgehen. Aufs Hausdach gehört es selten.

Warum der schöne Datenblattwert auf dem Dach schrumpft #

Hier liegt der Punkt, den die meisten Ratgeber unterschlagen. Das Datenblatt gilt bei 25 Grad Zelltemperatur. Ein Modul in der prallen Julisonne hat aber 60, manchmal 70 Grad. Und je heißer das Modul, desto schlechter der Wirkungsgrad.

Der Wert dafür steht als Temperaturkoeffizient im Datenblatt, meist zwischen minus 0,25 und minus 0,35 Prozent pro Grad. Rechnen wir es durch: ein Modul bei 65 Grad, also 40 Grad über dem Messwert, mit einem Koeffizienten von 0,3 Prozent verliert 40 mal 0,3, also 12 Prozent Leistung. Genau dann, wenn die Sonne am stärksten brennt, liefert das Modul also weniger, als die Nennleistung verspricht. Das ist kein Defekt, das ist Physik, und es erklärt, warum gute Hinterlüftung der Module so wichtig ist.

Dazu kommen weitere Posten, die alle ein kleines Stück abknapsen:

• Wechselrichter: moderne Geräte arbeiten mit 96 bis 98,5 Prozent, der Rest geht als Wärme verloren.
• Verschmutzung: Staub, Pollen, Vogelkot, je nach Standort 2 bis 5 Prozent im Jahr.
• Kabel und Steckverbinder: ein bis zwei Prozent.
• Verschattung: schon ein Schornsteinschatten auf wenige Zellen kann einen ganzen Strang ausbremsen, wenn keine Optimierer verbaut sind.
• Schwachlicht: bei trübem Wetter im Winter sind oft nur 10 bis 20 Prozent der Nennleistung drin.

Wenn Sie alle Posten zusammenzählen, kommen Sie eben bei dieser Performance Ratio von rund 85 Prozent heraus. Eine Anlage mit 22 Prozent Modulwirkungsgrad erntet übers Jahr also effektiv eher wie 18 Prozent.

Mir fällt auf, dass viele Hausbesitzer aus dieser Hitzefrage den falschen Schluss ziehen und sich Sorgen machen, ihre Anlage tauge im Süden nichts. Das Gegenteil ist der Fall. Ein Modul in Freiburg liefert übers Jahr mehr als dasselbe Modul in Hamburg, weil die zusätzliche Sonneneinstrahlung den Hitzeverlust an wenigen Tagen locker ausgleicht. Der Spitzenwirkungsgrad sinkt im Sommer zwar, die Jahresernte steigt trotzdem. Worauf es ankommt, ist nicht der eine perfekte Mittagswert, sondern die Summe der Kilowattstunden über zwölf Monate.

Die Alterung, an die kaum jemand denkt #

Module werden müde. Im ersten Jahr fallen sie durch eine anfängliche Lichtschwächung um etwa 1 bis 2 Prozent ab, danach geht es langsam weiter, mit ungefähr 0,4 bis 0,5 Prozent pro Jahr bei modernen Modulen. Hersteller garantieren deshalb heute meist noch 87 bis 92 Prozent der Anfangsleistung nach 25 Jahren.

Das ist keine Schwäche, sondern Teil der Rechnung. Wenn ein Verkäufer Ihnen erzählt, die Anlage liefere in 20 Jahren noch genauso viel wie am Anfang, würde ich misstrauisch werden. Realistisch sind nach zwei Jahrzehnten rund 90 Prozent. Bei einer 10-kWp-Anlage, die anfangs 10.000 kWh macht, sind das immer noch etwa 9.000 kWh. Völlig ausreichend, aber eben nicht mehr der Neuzustand.

Lohnt sich das teure Hocheffizienzmodul? #

Das ist die Frage, die in der Beratung am meisten Geld bewegt, und die Antwort hängt fast nur an einer Sache: wie viel Dach haben Sie.

Ist die Fläche knapp, etwa auf einem kleinen Reihenhausdach mit Gauben und Dachfenstern, dann zahlt sich jeder zusätzliche Prozentpunkt aus. Ein Modul mit 23 statt 19 Prozent holt auf derselben Fläche grob ein Fünftel mehr Strom. Bei beengten Verhältnissen ist der Aufpreis das fast immer wert.

Haben Sie dagegen ein großes, freies Süddach, dreht sich die Logik um. Dann ist nicht die Fläche der Engpass, sondern das Budget. Ein zusätzliches Standardmodul für vielleicht 90 Euro bringt mehr Kilowattstunden pro investiertem Euro als der Aufpreis von 40 oder 50 Euro je Hocheffizienzmodul über die ganze Anlage. In dem Fall würde ich zur soliden Mittelklasse raten und das gesparte Geld lieber in einen Speicher oder eine größere Anlage stecken.

Achten Sie beim Vergleich von Angeboten weniger auf die eine Prozentzahl im Prospekt und mehr auf zwei Dinge: den Temperaturkoeffizienten, denn der entscheidet über den Sommerertrag, und die Leistungsgarantie nach 25 Jahren. Diese beiden Werte trennen ein gutes Modul von einem mittelmäßigen viel zuverlässiger als der nackte Wirkungsgrad auf der ersten Seite.