Wolfgang Schröder - Photovoltaik & Batteriespeicher

Ganz ähnlich sieht es bei den Modulzellen mit dem Kurzschlussstrom (Ioc) beziehungsweise dem Betriebsstrom (Impp) aus. Je intensiver die Sonneneinstrahlung, desto höher auch der Kurzschlussstrom der Zelle. Der Betriebsstrom hingegen ist niedriger als der Kurzschlussstrom, jedoch nur geringfügig.

Aus den Faktoren der elektrischen Spannung und dem Strom ergibt sich letztendlich auch die Modulleistung. Insofern unterliegt diese je nach Einstrahlung und Temperatur entsprechenden Schwankungen.

Damit man nun zum Vergleich der Modulleistungen untereinander ein einheitliches Maß abbilden kann, wurde normativ festgelegt, dass die Nennleistung der Module immer bei einer Einstrahlung von 1 000 Watt pro Quadratmeter und einer Zelltemperatur von 25 °C gemessen wird. Durch diese Normung wird sichergestellt, dass alle Leistungsangaben von Modulen unter den gleichen Bedingungen (STC – Standard-Test-Conditions) ermittelt und somit vergleichbar sind.

Aus den genannten Moduleigenschaften ergibt sich in Summe der auf dem Dach installierten Module die Gesamtanlagenleistung.

Beispiel: 20 Module á 300 Wp = 6,00 kWp

Diese Leistung (unter idealen Bedingungen) von 6,00 kWp wird in vielen Fällen im laufenden Betrieb erst gar nicht erreicht. Die Leistung hängt von der Einstrahlung (Ausrichtung, Sonneneinstrahlung) sowie der Zelltemperatur, welche die Zellspannung beeinflusst, ab. So kann es sein, dass bei einem steilen, nach Süden ausgerichteten Dach die Leistung in den Monaten April und Mai am stärksten ist, obgleich hier die Sonne jahreszeitlich noch gar nicht ihren höchsten Tageslauf erreicht hat. Hierfür ist die für die Jahreszeit noch niedrige Zelltemperatur neben der direkten Einstrahlung verantwortlich.

Dagegen kann eine auf einem relativ flachen Dach errichtete Photovoltaikanlage im Sommer trotz hohen Sonnenstands und hoher direkter Sonneneinstrahlung hinter ihrer Nennleistung bleiben, weil bei sehr warmer Witterung sich die Zellen dementsprechend erwärmen und somit einhergehend eine geringere Zellspannung besitzen.

Im Ergebnis bleibt daher festzuhalten, dass die Anlagennennleistung, d. h. der Spitzenwert, auch bei guter Ausrichtung nur in den seltensten Fällen oder auch gar nicht erreicht wird, weil eine hohe Einstrahlung meist auch hohe Temperaturen bedeutet und umgekehrt niedrige Temperaturen meist auch niedrige Einstrahlungen.

Die Anlagennennleistung kann sich unter gewissen Umständen mit der Zeit stetig und dauerhaft verringern. Die Modulzellen unterliegen einer natürlichen Degradation, also einem Nachlassen der Nennleistung im fortgeschrittenen Alter. Der Prozess ist häufig unterschiedlich und richtet sich auch nach dem Halbleitermaterial und der Glasqualität. Bestimmte Dünnschichtmodule können eine höhere Anfangsdegradation aufweisen, kristalline Zellen zeigen eher eine gleichmäßige Degradation. Der Wert liegt zwischen 0,1 bis 0,5 Prozent pro Jahr.

Der spezifische Ertrag gilt als Standardmaßeinheit für die von der Photovoltaikanlage erzeugte Energie. Ähnlich wie beim Spritverbrauch des Autos (Liter pro 100 Kilometer) berechnet sich der Ertrag aus der Summe der erzeugten Energie pro Zeiteinheit in kWh geteilt durch die Anlagennennleistung in kWp. Somit ergibt sich ein Wert mit der Einheit kWh/kWp.

Beispiel: Eine PV-Anlage erzeugte in einem bestimmten Jahr eine Energie von 7 700 kWh bei einer Anlagengröße von 8,00 kWp – dann ergibt sich folgender spezifischer Jahresertrag:

7 700 kWh : 8 kWp = 962,5 kWh/kWp.

Man kann diesen Wert für den spezifischen monatlichen als auch täglichen Anlagenertrag berechnen. Typischerweise und mit entsprechender Vergleichsaussage wird aber meist der spezifische Jahresertrag herangezogen.

Dieser spezifische Jahresertrag hängt bei einem normalen und ungestörten Anlagenbetrieb von der jährlichen Globaleinstrahlung ab. Daher kann der spezifische Anlagenertrag auch bei unterschiedlicher jährlicher Globaleinstrahlung schwanken. Weiterhin ist der Anlagenertrag von der Anlagenverfügbarkeit abhängig, d. h. ob die Anlage störungsfrei über das Jahr betrieben wurde oder es zu Ausfällen kam (Wechselrichterausfälle …). Bei gut ausgerichteten Anlagen in Deutschland und guter jährlicher Globalstrahlung sollte der Wert zwischen 950 und 1 100 kWh/kWp liegen.

In der Regel trifft der spezifische Anlagenertrag – also kWh pro kWp – eine Aussage über die energetische Leistung einer PV-Anlage. Diese Methode bietet jedoch nur einen relativ groben Vergleich zur Prüfung, ob die eigene Anlage tatsächlich gut funktioniert oder eigentlich besser laufen könnte.

Es ergeben sich mögliche Abweichungen in den monatlichen und jährlichen örtlichen Einstrahlungen und somit auch bei entsprechenden Vergleichsanlagen. Ferner ist ein Ergebnis mit einem spezifischen Jahresertrag von beispielsweise 950 kWh/kWp zwar zunächst nicht schlecht. Es stellt sich aber die Frage, ob die Anlage real nicht doch vielleicht 960 oder gar 970 kWh/kWp hätte erbringen können. Darüber hinaus muss man für ein vergleichbares Jahresergebnis einer Anlage auch ein ganzes Jahr abwarten, um einen echten Vergleichswert zu erhalten. Bei sich einschleichenden Störungen im Jahresverlauf kann dies schon zu möglichen und nicht ohne Weiteres erkennbaren Ertragseinbußen führen.

Temperaturabhängige Leistung steiles Süddach im Frühjahr

Temperaturabhängige Leistung flaches Süddach im Sommer

Eine permanente Kontrolle der Anlagenleistung, und zwar unabhängig von der Höhe der Einstrahlung, d. h. auch bei schlechtem Wetter, bietet die „Performance Ratio“. Hierunter versteht man in der Photovoltaik das Verhältnis von Nutzertrag zum Sollertrag einer Anlage. Die Performance Ratio ist vereinfacht ausgedrückt das Verhältnis der Anlagenleistung (Energieerzeugung) zur Einstrahlung. Ein Vergleich der Leistungsfähigkeit der PV-Anlage ist also unabhängig von guter oder schlechter Einstrahlung gegeben. Beispielsweise hat ein Ostdach bei gleicher Dachneigung und identischem Standort wie ein Süddach sicherlich einen geringeren Ertrag als letzteres. Würden wir für das Ostdach als Beispiel 850 kWh/kWp und für das Süddach 950 kWh/kWp als Ertragsergebnis erzielen, wäre dies erst einmal plausibel. Das Ostdach kann bei einer geringeren Sonneneinstrahlung als beim Süddach trotzdem einen im Verhältnis zur Einstrahlung besseren Ertrag haben als das Süddach. Dies ist dann ersichtlich, wenn für beide Anlagen die Performance Ratio bekannt ist.

Einstrahlungssensor

Leistungsfähige PV-Anlagen erreichen eine Performance Ratio von über 80 Prozent, die oft auch als Qualitätsfaktor (Q) bezeichnet wird. Sie kann in Jahren mit geringer Globalstrahlung höher ausfallen als in solchen mit hoher Einstrahlung (etwa wegen der bereits genannten Temperaturverluste). Um diesen Vergleich zu ermöglichen, bedarf es neben der Aufzeichnung des Anlagenertrags eines weiteren Hilfsmittels, nämlich eines Einstrahlungssensors zur Aufzeichnung der globalen Einstrahlung.