Die elektrische Leistung von Solarmodulen wird üblicherweise in Watt (W) gemessen. Die erzeugte Leistung der Solarmodule wird dabei als Watt Peak (kWp) angegeben. Watt Peak (Wp) repräsentiert die maximale Leistung, die ein Solarmodul unter optimalen Bedingungen erreichen kann. Es handelt sich hierbei um die Spitzenleistung des Moduls. Die Ermittlung der Peakleistung erfolgt unter standardisierten Testbedingungen (STC), was einen Vergleich verschiedener Solarmodule ermöglicht. Einige Hersteller bezeichnen die Peakleistung von Solarmodulen auch als Nennleistung, die als PNenn angegeben wird. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass trotz gleicher Peak-Leistung Solarmodule in praktischen Anwendungen aufgrund unterschiedlicher Faktoren unterschiedliche Leistungswerte aufweisen können.
Die Ermittlung der Nennleistung von Solarmodulen
Die Leistungsfähigkeit von Solaranlagen wird unter standardisierten Testbedingungen (STC) gemessen, die auf folgenden Parametern basieren:
1. Solarzellen-Umgebungstemperatur von 25 Grad Celsius
2. Sonneneinstrahlung bzw. Bestrahlungsstärke von 1000 Watt/m2
3. Sonnenlichtspektrum gemäß AM* von 1,5
Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass höhere Einstrahlungen zu einer Steigerung der Modulleistung führen, während niedrigere Einstrahlungen zu einer Verringerung der Leistung führen. Im Gegensatz dazu verhält es sich bei den Temperaturen umgekehrt. Höhere Temperaturen führen zu einer Abnahme der Leistung, während niedrigere Temperaturen zu einer Steigerung führen.
Hier sind einige konkrete Zahlen: Bei einem herkömmlichen 330 W-Modul mit einem Temperaturkoeffizienten von -0,5% reduziert sich die Leistung um 1,65 Watt, wenn sich die Temperatur von 25 auf 26 Grad Celsius erhöht. Bei einem Temperaturanstieg auf 60 Grad verringert sich die Leistung um 57,75 Watt. Die Modulleistung liegt dann nur noch bei 272 Watt.
Die Abweichung der Solarmodulleistung von der Nennleistung
In Mitteleuropa wird der Wert "Watt Peak" unter Testbedingungen in der Praxis nur selten erreicht, nämlich dann, wenn 1.000 Watt Lichtleistung pro Quadratmeter (m2) auf die Solarmodule treffen. Solche Bedingungen treten beispielsweise nur an klaren, wolkenlosen Sommertagen um die Mittagszeit auf. Daher ist es anzunehmen, dass die tatsächliche Nennleistung der Solarmodule in der Regel niedriger ausfällt und generell in den Sommermonaten höher ist als in den Wintermonaten.
Die Nennleistung oder "Watt Peak" dient daher weniger dazu, die tatsächliche Leistung der Solarmodule und den damit verbundenen Solarertrag einer Photovoltaik-Anlage unter realen Bedingungen zu ermitteln. Vielmehr fungiert sie als Richtwert zur Vergleichbarkeit der verschiedenen Solarmodule und -anlagen miteinander. Dennoch bietet sie Orientierungspunkte für die Leistungsfähigkeit der Solaranlagen.
Variation der Modulleistung je nach Aufstellungsort
Der Aufstellungsort und der Breitengrad, an dem die Solaranlage installiert wird, bieten realistische und genauere Anhaltspunkte zur Ermittlung der Modulleistung, des Energieertrags und der Wirtschaftlichkeit der Solaranlage. Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung im Jahr, also die mittlere Bestrahlungsstärke, kann mit Hilfe dieser Parameter ermittelt werden. Zudem ermöglichen sie eine Einschätzung der klimatischen Bedingungen vor Ort.
Diese Informationen geben Aufschluss darüber, ob und wie häufig die Modulleistung annähernd den Testbedingungen der Solarmodule erreicht werden kann. An einigen Standorten werden die idealen Testbedingungen häufiger erreicht als an anderen. Es gibt jedoch auch Orte, an denen sie überhaupt nicht vorkommen. Das bedeutet, dass die angegebenen Spitzenleistungswerte für die Solarmodule an diesen Standorten nicht erreicht werden können.
Basierend auf PVGIS-Daten kann in Süddeutschland beispielsweise von einer Jahresleistung von etwa einer Kilowattstunde (kWh) pro genannter Wattzahl (Wp) der Nennleistung einer Photovoltaikanlage ausgegangen werden. Im Norden Deutschlands dürfte der Wert etwas darunter liegen, da hier die Sonnenstrahlung niedriger ist.
Einfluss der Dachneigung und Modulausrichtung
Die Ausrichtung des Daches und der Neigungswinkel der Solarmodule haben einen signifikanten Einfluss auf die Leistung der Photovoltaikanlage, zusätzlich zu deren Standort.
Die ideale Dachneigung entspricht immer einem Winkel von 90° zum aktuellen Sonnenstand. In Deutschland beträgt der optimale Aufstellwinkel für die Solarmodule etwa 30° - 35°. Wenn die Anlage nach Süden ausgerichtet ist, kann der Winkel stark nach oben oder unten abweichen (+/- 30 Grad), wobei die Auswirkungen auf die Leistung im einstelligen Prozentbereich bleiben. Allerdings nimmt die Modul-Leistung negativ Einfluss, je weiter die Dachfläche von der optimalen Südausrichtung abweicht, da das Dach sich selbst zunehmend verschattet. Wenn die Anlage also mehr nach Osten oder Westen ausgerichtet ist, sollte die Neigung der Module flacher sein, um die Leistung zu maximieren.
Auswirkungen von Verschattung auf die Modulleistung
Die Auswirkungen von Verschattung auf die Gesamtleistung einer PV-Anlage können erheblich sein. Daher ist es wichtig, während der Planung den ganzjährigen Schattenverlauf zu berücksichtigen. Großflächige Verschattung durch umliegende Gebäude, Bäume oder andere Hindernisse sollte idealerweise das ganze Jahr über vermieden werden. Wenn geringere Schattenbildung unvermeidbar ist, z.B. durch einen Kamin oder eine Satellitenanlage, kann dies auch in die Planung einbezogen werden.
In der Planungsphase können Leistungseinbußen maßgeblich durch die richtige Auswahl der Module in Kombination mit den Wechselrichtern sowie der optimalen Verteilung der Module auf verschiedene Strings beeinflusst werden. Es kann auch in Erwägung gezogen werden, auf einzelne Module zu verzichten, um eine Verringerung der Leistung eines ganzen Modulstrangs zu vermeiden, die durch die Anbringung dieser Module verursacht würde. Eine sorgfältige Planung kann dazu beitragen, die Auswirkungen von Verschattung auf die Leistung der Anlage zu minimieren.
Variation der Leistung je nach Modulart
Die Leistungsfähigkeit von Solarmodulen wird maßgeblich durch die Art der Module beeinflusst, insbesondere das Herstellungsverfahren und die verwendeten Trägermaterialien:
Leistung von kristallinen Modulen:
Bei kristallinen Solarmodulen besteht das Trägermaterial in der Regel aus Silizium. Monokristalline Solarzellen werden aus einem einzigen Kristall gefertigt, wodurch ein homogenes Kristallgitter entsteht. Polykristalline Solarzellen werden im Gießverfahren hergestellt und bestehen aus Scheiben, was zu einer ungleichen Kristallordnung an den Grenzen der Kristallkörner führt. Dadurch können Ladungsträgerverluste auftreten, die die Stromabgabe verringern. Jedoch wird diese geringere Leistung häufig durch den Modulaufbau kompensiert, wodurch in der Praxis keine wesentlichen Leistungsunterschiede bestehen.
Leistung von Dünnschichtmodulen:
Dünnschichtmodule weisen im Vergleich zu kristallinen Solarmodulen eine geringere Leistungsfähigkeit auf. Dennoch sind sie bisher die kostengünstigste Option in der Herstellung. Allerdings haben sie neben der geringeren Leistung auch eine begrenztere Lebensdauer, da sie anfälliger für äußere Umwelteinflüsse sind.
Degradation der Solarmodulleistung
Die Leistung von Solarmodulen nimmt während ihrer Nutzungsdauer aus verschiedenen Gründen ab, was als Leistungsdegradation bezeichnet wird. Diese Degradation entsteht im Allgemeinen durch Verschleiß und Alterung der verbauten Modulkomponenten.
Es gibt zwei Arten von Leistungsdegradation, die Anfangsdegradation oder lichtinduzierte Degradation (LID) und die potenzialinduzierte Degradation (PID). Die LID beschreibt einen Leistungsabfall von Solarmodulen während der ersten Tage unter Sonneneinstrahlung. Die PID tritt verstärkt bei großen Photovoltaik-Anlagen mit hoher negativer Systemspannung auf, die bei trafolosen Wechselrichtern entstehen.
Zur Untersuchung des Degradationsverhaltens von Solarmodulen wird häufig der Sonnensimulator des TÜV Rheinland verwendet.
* Anmerkung: In der Astronomie ist "AM" eine relative Maßeinheit für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Erdatmosphäre bis zum Erdboden zurücklegt, was die Streuung und Absorption des Lichts sowie seine spektrale Zusammensetzung beeinflusst.
** Um die Leistung eines Moduls unter realen Bedingungen zu messen, wird oft die Performance Ratio verwendet. Die Performance Ratio gibt an, wie viel Prozent der auftreffenden Solarenergie ein Modul unter Berücksichtigung seines Modul-Wirkungsgrades in Strom umwandelt. Das theoretische Maximum von 100 Prozent wird erreicht, wenn das Modul unter allen Einstrahlungsbedingungen denselben Wirkungsgrad hat wie unter Standardtestbedingungen (STC).
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