Das Schwachlichtverhalten von PV-Modulen beschreibt, wie sich ihr Wirkungsgrad bei geringer Einstrahlung verändert. Ein sinnvoller Vergleich nennt immer Einstrahlung und Zelltemperatur, beispielsweise 200 W/m² bei 25 °C. Einzelne Studienwerte sind keine allgemeingültigen Kennzahlen sämtlicher TOPCon-, PERC- oder HJT-Module.
Der Artikel zeigt, wie das Schwachlichtverhalten definiert und gemessen wird, wie es sich aus dem Datenblatt ablesen lässt und welche Zelltechnologien bei wenig Licht am besten abschneiden. Aufbau, Typen und Preise im Allgemeinen behandelt der Einstieg zu Solarmodulen.
- Schwachlicht bezeichnet Bestrahlungsstärken unter rund 200 W/m²; in Deutschland entfällt im Jahresmittel etwa 50 % der Globalstrahlung auf Diffusstrahlung
- Das Schwachlichtverhalten ist der Wirkungsgrad bei niedriger Einstrahlung relativ zum STC-Wirkungsgrad (Lowlight-Performance)
- Im Datenblatt fehlt eine feste Angabe heute meistens; geeignet sind Kennlinien bei gleicher Zelltemperatur, NMOT allein reicht nicht
- Zelltechnologien im Vergleich: kein allgemeines Ranking aus drei einzelnen Studienwerten ableiten
- Für die Modulwahl bleibt der absolute STC-Wirkungsgrad wichtiger als das relative Schwachlichtverhalten
Was versteht man unter Schwachlicht?
Eine PV-Anlage arbeitet häufig außerhalb der STC-Bedingungen. Die Einstrahlung reicht von nahezu null bis zeitweise über 1.000 W/m². Damit ist klar: Ein Großteil des Jahresertrags wird im Teillastbereich erzeugt. Das Schwachlichtverhalten beeinflusst direkt die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Grobe Wetterorientierung, keine festen Grenzen; Sonnenstand und Modulebene verändern die Zuordnung:
| Bestrahlung (W/m²) | Wetterbedingungen |
|---|---|
| 0–10 | Dämmerung, starker Regen |
| 10–100 | Bedeckter Himmel |
| 100–300 | Bewölkt |
| 300–500 | Leicht bewölkt |
| 500–800 | Sonnig |
| 800–1.000+ | Sehr sonnig (STC-Range) |
Warum das Schwachlichtverhalten für den Jahresertrag wichtig ist
Solarmodule liefern auch unter dichten Wolken weiterhin Strom, nämlich aus der Diffusstrahlung, die von der gesamten Himmelshalbkugel kommt. In Deutschland macht die Diffusstrahlung laut Fachliteratur (u. a. Mertens, Lehrbuch Photovoltaik) im Jahresmittel rund 50 % der Globalstrahlung aus; im Norden eher mehr (Hamburg ca. 58 %), im Süden etwas weniger. Mehr zu den Faktoren im Artikel zum Photovoltaik-Ertrag.
Je effizienter ein Modul im niedrigen Bestrahlungsbereich arbeitet, desto mehr Energie liefert es an trüben Tagen. Über das Jahr betrachtet kann das mehrere Prozentpunkte Mehrertrag bedeuten, auch wenn der Unterschied auf den ersten Blick klein wirkt.
Wie wird das Schwachlichtverhalten definiert?
Rechenbeispiel: Ein Modul mit 470 Wp Nennleistung und 23,5 % Wirkungsgrad unter STC (Fläche ca. 2,0 m²).
- Erwartete Leistung bei 200 W/m²: 200 × 2,0 × 0,235 = 94 W.
- Tatsächlich liefert das Modul nur ca. 85 W.
- Effektiver Wirkungsgrad bei Schwachlicht: 85 / (200 × 2,0 m²) = 21,3 %.
- Relative Lowlight-Performance: 85 / 94 = 90,4 % (mit ungerundeten Werten).
Das Modul verliert also unter Schwachlicht etwa 9 % seiner relativen Effizienz.
Schwachlichtverhalten aus dem Datenblatt ablesen
Für einen Vergleich bei 200 W/m² sind Messwerte oder Kurven bei gleicher Zelltemperatur nötig. NMOT-Leistung bei 800 W/m² ist kein Schwachlichttest; 20 °C bezeichnet dabei die Umgebung, nicht die Zelltemperatur.
Drei elektrische Parameter bestimmen das Schwachlichtverhalten
Laut Litzenburgers Übersichtsstudie zur Low-Light-Performance hängt das Schwachlichtverhalten von drei elektrischen Parametern der Solarzelle ab:
- Serienwiderstand Rs: sollte möglichst klein sein
- Shunt-Widerstand Rsh (auch Rp): sollte möglichst groß sein
- Idealitätsfaktor n der Diodenkennlinie
Den mit Abstand größten Einfluss bei sehr geringer Einstrahlung hat dabei der Shunt-Widerstand Rsh: Bei kleinen Strömen wird der Anteil des unerwünschten Querstroms (Leckstrom) durch die Zelle relativ groß. Je höher Rsh, desto kleiner dieser Anteil.
Im historischen Modellbeispiel kann eine Erhöhung von Rsh von 5 auf 30 Ohm bei sonst identischen Bedingungen den relativen Wirkungsgrad bei niedriger Einstrahlung von rund 90 % auf 93,5 % anheben.
Einzelne Modulhersteller geben Rsh in ihren Flash-Listen an, öffentlich einsehbar sind diese Listen aber meistens nicht. Damit bleibt der Parameter für den Endverbraucher in der Regel intransparent.
UP-Kennlinie als praktischer Indikator
Praktikabler ist der Blick auf die Leistungs-Spannungs-Kennlinie (UP-Kurve) im Datenblatt. Sie zeigt die Modulleistung bei mehreren Einstrahlungsstufen. Bei gleicher Zelltemperatur gilt: relative Effizienz = P(G) / P(STC) × 1.000 / G. Die Leistungen müssen jeweils am maximalen Leistungspunkt abgelesen werden.
Einige Hersteller (z. B. REC mit der Alpha-Serie) führen die Berechnung der relativen Schwachlicht-Effizienz bereits selbst durch und veröffentlichen das Ergebnis grafisch im Datenblatt.
Zelltechnologien im Vergleich
Studien zum Schwachlichtverhalten verschiedener Zelltypen kommen zu drei wesentlichen Ergebnissen:
- Polykristallin vs. monokristallin (Studie aus Pakistan): unter 200 W/m² liefern polykristalline Module einen leicht höheren relativen Wirkungsgrad; ab etwa 300 W/m² drehen sich die Verhältnisse zugunsten monokristalliner Zellen.
- Amorphes Silizium zeigt zwar den besten relativen Schwachlicht-Wirkungsgrad, dafür ist der absolute Wirkungsgrad unter STC mit 6–10 % so niedrig, dass es für Dach-PV irrelevant ist.
- Innerhalb der untersuchten monokristallinen Technologien (PERC hier p-Typ) sind die Unterschiede gering. Eine Untersuchung an bifazialen Modulen (Veröffentlichung in Solar Energy 2022) ergab folgende relative Wirkungsgrade bei niedriger Einstrahlung:
Historische Einzelwerte, im Altbestand der Solar-Energy-Veröffentlichung 2022 zugeordnet. Keine Kennwerte aller heutigen Module; für eine Kaufentscheidung sind die vollständigen Prüfbedingungen erforderlich:
| Zelltechnologie | Relativer Wirkungsgrad bei Schwachlicht |
|---|---|
| TOPCon | 96,5 % |
| PERC | 96,0 % |
| HJT | 94,0 % |
HJT hat in dieser begrenzten Tabelle den niedrigsten relativen Wert, obwohl HJT in vielen anderen Eigenschaften (Temperaturkoeffizient, bifacialer Wirkungsgrad) führend ist. Die Unterschiede zwischen den drei Technologien bleiben aber im einstelligen Prozentbereich.
Wie wichtig ist das Schwachlichtverhalten bei der Modulwahl?
Wichtiger ist die Frage nach den absoluten Werten. Ein einfaches Rechenbeispiel:
- PERC-Modul (Auslauf) mit 21 % Wirkungsgrad unter STC und 96 % Lowlight-Performance: 21 × 0,96 = 20,2 % effektiver Wirkungsgrad bei Schwachlicht.
- TOPCon-Modul (Mainstream) mit 22,5 % Wirkungsgrad unter STC und 96,5 % Lowlight-Performance: 22,5 × 0,965 = 21,7 % bei Schwachlicht.
- ABC-Modul (Premium) mit 24,8 % Wirkungsgrad unter STC: Aiko veröffentlicht in den Datenblättern keinen 200-W/m²-Wert. Mit rein beispielhaft angenommenen 95 % Lowlight-Performance ergäben sich 24,8 × 0,95 = 23,6 % bei Schwachlicht.
Selbst mit einem angenommen leicht schlechteren relativen Schwachlichtverhalten liefert ein Premium-Modul absolut also mehr Leistung als ein älteres PERC-Modul mit besserer relativer Performance.
Konsequenz für die Modulwahl: Der Wirkungsgrad unter STC ist für begrenzte Modulfläche wichtig. Bei gleicher installierter kWp-Leistung zählt dagegen der spezifische Ertrag des Gesamtsystems. Das Schwachlichtverhalten taugt als zusätzliches Differenzierungsmerkmal zwischen sehr ähnlichen Modulen, aber nicht als alleinige Entscheidungsgrundlage. Für die Modulauswahl ist es deutlich sinnvoller, beim Solarmodul-Vergleich auf Wirkungsgrad, Temperaturkoeffizient und Garantiebedingungen zu schauen.
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