Auch wenn die Energiewende mit der neuen Regierung eine andere Priorität bekommen hat, ist der Ausbau erneuerbarer Energien unabdingbar. Eine Schlüsselrolle nimmt dabei die Photovoltaik ein. Welche Bedeutung sie hat, versucht luckx – das magazin zu klären.
Sonnenenergie
Nachhaltig erzeugte Energie kann uns vom Energieimport unabhängig machen. Die Solarstrombranche kann Antworten auf die Frage liefern, welche Potenziale sich daraus für eine autarke und klimaneutrale Energieversorgung ergeben. So sind Photovoltaikanlagen heute leistungsfähiger denn je und nutzen das Sonnenlicht besser, als es noch vor einigen Jahren der Fall war. Hocheffiziente Solarmodule haben inzwischen weltweit einen hohen Marktanteil. Exemplarisch dafür stehen die sogenannten PERC-Module, die auch im Rahmen von Aufdachanlagen in der Landwirtschaft immer mehr Aufmerksamkeit erfahren. Die Abkürzung steht für „Passivated Emitter and Rear Cell“ – eine Technologie, die den Wirkungsgrad auf über 24 Prozent erhöht, indem sie einen Teil des Lichts, das bis zur Rückseite der Zelle gelangt, wieder in die Zelle reflektiert.
Solaranlagen sind gefragt wie nie
Im März 2022 waren auf deutschen Dächern und Grundstücken 2,2 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Nennleistung von insgesamt 58.400 Megawatt installiert. Im März 2025 waren in Deutschland etwa 4,2 Millionen Photovoltaikanlagen registriert, die eine Gesamtleistung von rund 98.300 Megawatt hatten. Das sind eindeutige Zahlen, die die Bedeutung der Solarwirtschaft untermauern. Nicht nur die Anzahl der Solaranlagen hat zugenommen. Auch die Effizienz neuer Solarmodule ist im Laufe der vergangenen Jahre deutlich gewachsen. Mit jeder Kilowattstunde Strom, welche Besitzer einer Photovoltaikanlage selbst erzeugen und verbrauchen, sparen sie im Vergleich zum Netzbezug Geld. Der Trend gehe weg von der klassischen reinen Solaranlage hin zu einem System, welches dafür sorgt, dass der Solarstrom bestmöglich genutzt wird. Die zusätzliche Investition in einen Batteriespeicher macht langfristig unabhängiger von steigenden Strompreisen. Die Kombination aus Solaranlage, Stromspeicher, ergänzt um eine Wallbox, ist folglich einer der Trends. So sind in gewerblichen und landwirtschaftlichen Bereichen derartige netzunabhängige PV-Anlagen immer beliebter.
Silizium als Basis
Nach wie vor basiert die PV-Technologie auf Silizium und dem Grundsatz: je mehr Solarzellen, desto mehr Strom erzeugen die Module. Ein weiterer Weg ist die Teilung in Halbzellen. Dabei wird das Modul in zwei Zwillingshälften geteilt, bei denen die Solarzellen in Reihe geschaltet und in mehreren Strings segmentiert sind. Mit der Nutzung der Halbzellentechnologie lässt sich ein rund zwei bis drei Prozent höherer Solarertrag erzielen. Zudem ist das Verschattungsverhalten deutlich besser – wird nur eine Hälfte des Moduls verschattet, erbringt die andere Modulhälfte weiterhin ihre volle Leistung.
Im Tandem zu mehr Effizienz
Soll mehr Sonnenlicht in Elektrizität verwandelt werden, reicht es aber nicht, einfach die Fläche der Solarmodule zu vergrößern. Man muss vor allem ihren Wirkungsgrad erhöhen. Und hier sind sich die Branchenexperten einig: Mit Silizium allein lassen sich weitere Steigerungen bei den Wirkungsgraden kaum mehr erzielen. Wegen der physikalischen Materialeigenschaften liegt die theoretische Grenze solcher Module bei 29,3 Prozent. Große Hoffnungen ruhen momentan deshalb auf den Tandemzellen (Multi-Junction Solar Cells) – eine Technologie, mit der sich auch ein Team am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE beschäftigt. Dank einer neuen Antireflexbeschichtung ist es den Forschenden aus Freiburg gelungen, die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 Prozent zu erhöhen. Die Marktverfügbarkeit lässt leider noch auf sich warten.
Doch diese kleinen Veränderungen sind ein wichtiger Schritt zu mehr Effizienz. Bei dieser Tandemsolarzelle handelt es sich um eine obere Zelle Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs), die auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gebondet wurde. Die Solarzellenschichten wurden mit verbesserten Kontaktschichten und einer vierlagigen Antireflexionsschicht versehen. Hierdurch sinken Widerstandsverluste ebenso wie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, welche in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1.780 Nanometern empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silizium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1.200 Nanometern und benötigen damit keine solch breitbandige Entspiegelung.
Digital in die Zukunft
Die PV-Anlage von morgen ist digital. KI-gestützte Systeme erlauben künftig eine frühzeitige Erkennung und Behebung von Störungen und eine automatische Ertragsoptimierung. Wie groß der Optimierungsbedarf ist, hat eine Studie des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg gezeigt. Rund acht Prozent der europäischen Solarmodule laufen demnach nicht bei voller Leistung. So können neben falsch eingestellten oder defekten Modulen auch Umwelteinflüsse wie Staub, Pollen, Vogeldreck oder hochwachsende Bäume und Gräser dazu führen, dass die Anlagen weniger Strom liefern als eigentlich möglich wäre. Mit moderner Messtechnik ist es prinzipiell heute schon möglich, fehlerhafte und nicht voll ausgelastete Module aufzuspüren, beispielsweise durch thermografische Analysen mit Drohnen aus der Luft. Doch die Verfahren sind teuer und aufwändig.
Künftig sollen KI-Messinstrumente mögliche Performance-Defizite unmittelbar an Ort und Stelle direkt aus den Monitoring-Daten der Solarmodule herauslesen – ein Ziel, das die Forschenden am Helmholtz-Institut verfolgen. Mithilfe des maschinellen Lernens wollen sie so Leistungsdefizite und Defekte frühzeitig erkennen. Für die Entwicklung der Algorithmen stehen Daten von insgesamt elf Solarparks zur Verfügung, die über ganz Europa verteilt sind. Je nach Anlagentyp und Umgebung liegen unterschiedliche Problemfelder für die Solarmodule vor. So lassen sich Empfehlungen für großflächige Solarparks ableiten lassen, beispielsweise um Wartungsarbeiten wie Reinigungsmaßnahmen wirtschaftlich zu planen.