Der Wirkungsgrad von Solarmodulen gehört zu den entscheidenden Kenngrößen für die Leistungsfähigkeit der Photovoltaik. Forschungsinstitute gehen von einem Wirkungsgrad von Solarmodulen über 35 Prozent bis 2050 aus. Damit würde sich die Effizienz gegenüber heutigen Standardmodulen deutlich erhöhen und die Stromerzeugung pro Fläche erheblich steigern.
Der Wirkungsgrad zählt zu den zentralen technischen Kennwerten von Photovoltaikmodulen, da er bestimmt, wie viel der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Aktuelle Projektionen aus der Energieforschung gehen davon aus, dass Solarzellen bis zur Mitte des Jahrhunderts Wirkungsgrade von über 35 Prozent erreichen könnten. Ein solcher Fortschritt würde die nutzbare Strommenge pro installierter Fläche deutlich erhöhen und die Flächeneffizienz von Photovoltaikanlagen spürbar verbessern.
Derzeit erreichen kommerziell verfügbare Siliziummodule Wirkungsgrade im Bereich von etwa 21 bis 23 Prozent. In der Forschung wurden unter kontrollierten Laborbedingungen bereits höhere Effizienzen nachgewiesen, diese lassen sich jedoch bislang nur eingeschränkt industriell umsetzen. Um die prognostizierten Wirkungsgradsteigerungen in die Serienfertigung zu überführen, sind neue Zellarchitekturen, verbesserte Halbleitermaterialien sowie die Kombination mehrerer Technologien erforderlich.
Als besonders vielversprechend gelten Tandem- und Mehrfachsolarzellen, bei denen mehrere Halbleiterschichten übereinander angeordnet sind. Diese Schichten absorbieren unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts und reduzieren damit Energieverluste. Insbesondere Perowskit-Silizium-Tandemzellen stehen im Mittelpunkt zahlreicher Forschungsprogramme weltweit.
Neben neuen Materialien spielen auch Fortschritte bei Kontaktierung, Zellverschaltung und Oberflächenstruktur eine zentrale Rolle. Optimierte Antireflexbeschichtungen, verbesserte Lichtführung und geringere elektrische Verluste tragen dazu bei, den nutzbaren Ertrag weiter zu erhöhen.
Zunehmend rücken auch industrielle Umsetzbarkeit und Langzeitstabilität in den Mittelpunkt der Forschung. Hohe Wirkungsgrade entfalten ihren Nutzen nur dann, wenn neue Zellarchitekturen unter realen Betriebsbedingungen dauerhaft zuverlässig arbeiten und sich in bestehende Produktionslinien integrieren lassen.
Entsprechend untersuchen Forschungsinstitute und Hersteller Degradationsprozesse, Temperaturabhängigkeiten und Verkapselungskonzepte, um Effizienzgewinne über die gesamte Lebensdauer der Module abzusichern. Erst das Zusammenspiel aus Materialentwicklung, Fertigungsoptimierung und belastbaren Zuverlässigkeitsnachweisen ermöglicht es, hohe Laborwirkungsgrade in marktfähige Photovoltaikprodukte zu überführen.
Aus Sicht der Wissenschaft sind die erwarteten Effizienzsteigerungen technologisch erreichbar, stellen die Branche jedoch vor neue Herausforderungen. Prof. Andreas Bett, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, betont die Bedeutung materialwissenschaftlicher Fortschritte und industrieller Umsetzbarkeit:
„Die Kombination aus neuen Materialsystemen und optimierten Zellarchitekturen eröffnet realistische Chancen, Wirkungsgrade von über 35 Prozent zu erreichen. Entscheidend wird sein, diese Technologien industriell skalierbar zu machen.“
Die Einschätzung verdeutlicht, dass Effizienzgewinne nicht allein aus dem Labor heraus entstehen, sondern erst durch die Überführung in robuste, serienfähige Produktionsprozesse ihre Wirkung im Energiesystem entfalten.
Steigende Wirkungsgrade verändern die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik grundlegend. Mit höherer Effizienz sinkt der Flächenbedarf, während Ertrag und Erlöse pro Modul zunehmen. Das ist besonders relevant für Dachanlagen, bei denen die verfügbare Fläche begrenzt ist.
Auch im Bereich großer Solarparks ergeben sich Vorteile. Weniger Module reduzieren Materialeinsatz, Installationsaufwand und Kosten für Montage und Netzanbindung. Dadurch können Projekte schneller umgesetzt und wirtschaftlicher betrieben werden.
Die prognostizierten Effizienzsteigerungen beim Wirkungsgrad von Solarmodulen über 35 Prozent bis 2050 sind als langfristige Entwicklung zu betrachten, die auf kontinuierlicher Forschung basiert. Der entscheidende Faktor wird sein, ob neue Zelltechnologien in die industrielle Serienfertigung überführt werden können, ohne die Kosten unverhältnismäßig zu erhöhen.
Gelingt dieser Schritt, kann die Photovoltaik ihre Bedeutung als tragende Säule der globalen Energieversorgung weiter festigen. Steigende Wirkungsgrade erhöhen die Stromerträge pro Fläche, reduzieren den Flächenbedarf neuer Anlagen und erleichtern die Einbindung erneuerbarer Erzeugung in bestehende Stromsysteme.
