Entscheidend dafür ob eine PV-Anlage gereinigt werden sollte, ist letztendlich die Höhe der Ertragseinbußen, welche durch die Verschmutzung verursacht werden. Bei Ertragseinbußen muss grundsätzlich entschieden werden: können diese überhaupt vermieden werden und falls ja, ist es sinnvoll diese Maßnahmen zu ergreifen? Im Falle der Verschmutzung von PV-Modulen bedeutet es, dass der Betriebsführer die Leistungsverluste durch die Verunreinigungen quantitativ beurteilen muss um eine Entscheidung fällen zu können wann die Modulreinigung einen wirtschaftlichen Nutzen hat.

Voraussetzung um Ertragseinbußen überhaupt zu erkennen ist eine entsprechende Monitoring-Software, die die gesammelten Daten einer PV-Anlage visualisiert und im besten Fall auch analysiert.

Die Schwierigkeit beim Erkennen und Beurteilen von Ertragseinbußen liegt darin, eine geeignete Referenz zu bilden. Mögliche Referenzerträge können beispielsweise durch benachbarte PV-Anlagen, einzelne Modulfelder innerhalb einer Anlage oder Einstrahlungssensoren bestimmt werden. Das folgende Beispiel zeigt, wie Ertragseinbußen durch den Vergleich einzelner Modulfelder innerhalb einer PV-Anlage und mit Hilfe einer benachbarten Anlage abgeschätzt werden können.

Beispiel: Analyse von Ertragseinbußen durch Verschmutzung einer PV-Anlage

Sehen wir uns die gesamte Problematik einmal anhand eines realistischen Beispiels an. Die folgende PV-Anlage ist am 26.06.2012 in Betrieb genommen worden und es liegen für diese Analyse Messdaten ab dem 16.07.12 vor. Die PV-Felder wurden am 19.05.2016 gereinigt. Diese Analyse hat das Ziel den Ertragsverlust durch die Verunreinigung der PV-Module von Inbetriebnahme bis zum 02.06.2016 abzuschätzen.

Anlagendaten

Nennleistung: 147.6kWp
Modultyp: Poly-Kristallin 240Wp
WR Belegung: 23/23/22 Module in Reihe auf einen MPP-Tracker (insgesamt 3 MPP-Tracker pro WR)
Ausrichtung: 180°
Neigung: 20°

Umgebungsbedingungen

Die Anlage ist auf zwei Gebäude/Dächer aufgeteilt. Eines der Gebäude ist ein Rinderstall mit einer Lüftung am First, das zweite Gebäude ist ein Lager (Heu etc.) ohne Lüftung am Dach.

Fehlerbild der Verschmutzung

Die Verschmutzungen auf den PV-Modulen sind sehr ungleichmäßig über die Modulfelder verteilt. Dies zeigen die DC-Stromverläufe der Strings im Vergleich Anlage im Neuzustand (Abbildung 1) und nach 4 Jahren (Abbildung 2) bei etwa gleichen Einstrahlungsbedingungen.

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Abbildung 1: Stromverlauf ca. ein Monat nach Errichtung der Anlage im Juli 2012.

 

stromverlauf-nach-zeitraum

Abbildung 2: Stromverlauf am 06.05.2016, also knapp vier Jahre nach Errichtung.

 

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Abbildung 3: Stromverlauf am 21.05.2016 (nach der Reinigung).

Die Abbildung 1 zeigt, dass die DC Ströme der PV-Felder kurz nach der Inbetriebnahme noch praktisch identisch verlaufen. Nach ca. vier Jahren Betrieb liegen die maximalen DC-Stromwerte der PV-Felder an einem „Clear Sky“-Tag bis zu 5,18 Ampere auseinander (Abbildung 2). In Abbildung 3 sind die Stromverläufe der Strings nach der Reinigung zu sehen. Es wird deutlich, dass die Reinigung eine große Auswirkung auf die Stromverläufe hatte. Ersichtlich wird allerdings auch, dass nach der Reinigung immer noch deutliche Abweichungen bei den Stromverläufen zu erkennen sind. Daraus kann geschlossen werden, dass die Verschmutzungen die Hauptursache für die Ertragsminderung ist, jedoch überlagernde Schäden an den Modulen erst nach der Reinigung sichtbar werden. Jetzt kann man gezielt die relevanten Strings mit einer I-V-Messung auf Schäden untersuchen.

Referenz

Als Referenz wird in dieser Analyse ein Modulfeld der Anlage selbst verwendet (PV-Feld A) bei dem die geringste Veränderung durch die Reinigung festgestellt werden konnte. Zum Vergleich wurden als zweite Referenz die Ertragsdaten einer benachbarten PV-Anlage herangezogen.

 

 

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Abbildung 4: Spezifische Leistung am 07.05.16 (rot = PV-Feld A; gelb = benachbarte PV-Anlage)

Abbildung 5: Spezifische Leistung am 21.05.16 (rot = PV-Feld A; gelb = benachbarte PV-Anlage) 

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen, dass die Reinigung sich auch auf PV-Feld A positiv ausgewirkt hat. Daher ist die Analyse unter Verwendung der Referenz stets konservativ und es kann von noch größeren Ertragseinbußen durch die Verschmutzung ausgegangen werden.

Analyse der tatsächlichen Ertragsverluste

Die Analyse mit Hilfe der Referenz aus PV-Feld A gestaltet sich relativ einfach, ist aber ausreichend um eine Abschätzung der Ertragsverluste zu ermitteln. Um die Auswirkungen der Verschmutzungen näher zu betrachten und die Auswirkungen besser verstehen zu können sind allerdings weitere Analysen erforderlich.

Da alle Module die gleiche Ausrichtung und Neigung besitzen und keine Gegenstände an den Dächern und in der Umgebung eine Verschattung verursachen sollten alle PV-Felder den gleichen Ertrag liefern.

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Abbildung 6: Spezifische Leistung DC am 16.07.12

Abbildung 6 bestätigt diese These. Alle PV-Felder zeigen kurz nach der Inbetriebnahme einen praktisch identischen, spezifischen Leistungsverlauf.

Für den Sollertrag muss der Ertrag von PV-Feld A nur auf die gesamte Anlagengröße umgerechnet werden (Es werden alle vorhanden Daten ab dem 16.07.12 bis zum 02.06.16 verwendet).

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Der Gesamtertrag der Anlage war in diesem Zeitraum 557.491,78 kWh. Es muss aber berücksichtigt werden, dass ein PV-Feld  seit dem 26.05.2014 ausfällt (PV-Feld B). Der Ertragsverlust durch den Ausfall wird wie folgt abgeschätzt. Als Referenz für PV-Feld B wird PV-Feld C herangezogen. Um den Ertrag noch exakter abzuschätzen wurde noch die Abweichung zwischen den Erträgen der beiden PV-Felder in den Jahren vor dem Ausfall berücksichtigt.

Ertragsverlust verursacht durch den Ausfall von PV-Feld B:

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Der Verlust der durch die Verschmutzung verursacht wird berechnet sich demnach wie folgt:

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Der Verlust beträgt ca. 9.3 % des Sollertrags – und dies bereits vier Jahre nach Inbetriebnahme. Dies entspricht bei einer Einspeisevergütung von 0,1618  €, in dem Zeitraum vom 16.07.12 bis zum 02.06.16, einem Verlust von 9.460,35 € !

Dieses Beispiel zeigt dass die durch Verschmutzung verursachten Verluste mit relativ wenig Aufwand abgeschätzt werden können. Bei dieser Analyse kann zwar nicht ausgeschlossen werden, dass auch andere Faktoren wie beispielsweise die Alterung der Zellen ihren Anteil am Ertragsverlust haben, aber durch die Analyse vor und nach der Reinigung wird deutlich wie groß der Einfluss der Reinigung war.

Sobald die Ertragsverluste durch die Verschmutzung bestimmt wurden, muss im nächsten Schritt entschieden werden, wann und wie oft eine Reinigung der PV-Module sinnvoll ist. Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich der letzte Artikel unserer Serie „Solaranlagen reinigen“. Abonnieren Sie jetzt unseren Newsletter und versäumen Sie keine interessanten Artikel mehr von Smartblue für Verantwortliche in der Betriebsführung.