Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Leistungskennzahlen von Photovoltaikanlagen
Prüfungen und Begutachtungen von Photovoltaikanlagen wurden jahrelang von Dachvermietern, Betreibern und Errichtern eher stiefmütterlich betrachtet. Gründe sind hier unter anderem die reine Fokussierung auf Rendite, eine oft ungenaue oder fehlende Benennung der Verantwortlichkeiten sowie die unterschiedlichen Prüfgrundlagen und Bewertungskriterien.
Die wohl bekanntesten Prüfungen sind die Prüfung vor der ersten Inbetriebnahme und die wiederkehrende Prüfung. Diese Prüfungen enthalten naturgemäß keine Anforderungen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, sodass diese Aspekte von Berteibern und Investoren in den meisten Fällen erst dann in den Blickpunkt geraten, wenn Mindererträge auffallen oder Anlagenausfälle zu verzeichnen sind.
Einflussfaktoren und Generatorverluste
Das Energieerzeugungssystem Photovoltaikanlage ist abhängig von der Einstrahlungsenergie der Sonne und wegen der physikalischen Eigenschaften der Solarzellen von deren Temperatur. Zur quantitativen Angabe der Modulnennleistung und des Ertragsverhaltens werden die Kenndaten eines PV-Moduls unter den standardisierten Bedingungen angegeben – den „standard test conditions“, kurz STC. Die STC stellen normierte Bedingungen dar, unter denen die PV-Modulleistung bzw. PV-Generatorleistung angegeben ist.
Da die Leistung von PV-Modulen von der Bestrahlungsstärke, also von der in die Modulebene eingestrahlten Sonnenenergie, und von der Modultemperatur abhängt, bewirkt eine hohe Einstrahlungsenergie zum einen eine hohe elektrische Energieerzeugung des PV-Generators und zum anderen eine Erwärmung der Solarzellen. Die Erwärmung der Zellen bewirkt wiederum eine Verminderung der Leistung der Zellen und des Generators.
Ein weiterer Faktor, der die Energieerzeugung beeinflusst, sind das Sonnenspektrum und der „Sonnenstand“. Trifft die extraterrestrische Strahlung der Sonne auf die Atmosphäre, kommt es zur Lichtbrechung und einer Veränderung der spektralen Eigenschaften des Lichtes. Ein Maß für die relative Weglänge des Lichtes bezogen auf den senkrechten direkten Weg zwischen Erdoberfläche und der äußeren Atmosphärenschicht ist der Faktor Air Mass (AM), der in Mitteleuropa mit 1,5 angegeben wird.
Der Referenzertrag ist die normierte Einstrahlungsenergie. Es gilt:
(Gl. 1)
YR: Refenzertrag in der Einheit h/T (Stunden pro betrachteten Zeitintervall)
HG: Strahlungsenergie, die auf die PV-Modulfläche trifft in der Einheit Wh/m2
G0: Bestrahlungsstärke unter STC von 1 000 W/m2
Zwischen dem Referenzertrag und dem Generatorertrag liegen die sogenannten Generatorverluste. Diese beinhalten die temperaturbedingten und die nicht temperaturbedingten Anteile. Die temperaturbedingten Verluste werden in den Datenblättern über den Temperaturkoeffizienten angegeben, der bei kristallinen Modulen bei ca. –0,4 %/° C liegt. Die nichttemperaturbedingten Generatorverluste stellen die Leitungsverluste auf der Gleichstromseite dar. Sie entstehen durch die ohmschen Widerstände der Zellen und Leiterbahnen sowie Übergangswiderstände (z. B. Modulanschlüsse) und Leitungslängen.
Des Weiteren zählen zu den nicht temperaturbedingten Generatorverlusten die sogenannten Mismatchverluste. Diese entstehen aufgrund der Leistungs-, Strom- und Spannungstoleranzen der PV-Module in der Verschaltung untereinander.
Auch MPP-Tracker können Verluste erzeugen, wenn das Tracking nicht optimal ist und eine Diskrepanz zwischen MPP (Maximum Power Point) und der Arbeitspunkteinstellung des MPP-Trackers vorliegt.
Zudem können sich durch externe Gegebenheiten Verluste ergeben. Diese können zum einen nahe und ferner gelegene Objekte sein, die Schatten werfen oder sich auf das Modul legen (Blätter, Staub, Schmutz oder Schnee).
Autor: M. Eng. Marc Fengel
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