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Der stille Stromverlust - Leistungsminderungen von Solarmodulen

Thema des Tages Der stille Stromverlust - Leistungsminderungen von Solarmodulen

Verschmutzung sorgt mit den Jahren für teils deutliche Leistungsminderungen von Solarmodulen. Besonders betroffen sind landwirtschaftliche Regionen, bis zu 30 Prozent kann die Leistung dort sinken. Der Anlagenbesitzer merkt meist kaum etwas davon, praktikable Lösungen gibt es bislang ebenfalls noch nicht.

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Quelle: Schlueter/ddp (Symbolfoto)

Hann. Münden. Erntezeit, Staubzeit, Solarleistungsminderungszeit, könnte man sagen – und das bei sommerlich bestem Photovoltaik-Wetter. Es ist eine naheliegende Frage und doch liest man sie nur ausgesprochen selten in der Diskussion um Solarenergie: Verschmutzen Solarmodule eigentlich? Die Antwort ist ein klares Ja und so naheliegend die Beobachtung ist, so wenig Aufmerksamkeit bekommt das Phänomen.

Das war der Anlass für Roland Marx, Geschäftsführer des Verpackungsclusters Südniedersachsen, in Kooperation mit dem Metallcluster, Experten aus dem Solarbereich zu einem Workshop zusammenzubringen, um das Problem zu diskutieren: Alexander Pape, Geschäftsführer der Bode Energie- und Sicherheitstechnik GmbH in Göttingen, Jürgen Maatmann von der Neuenhauser Maschinenbau GmbH in Neuenhaus, Albrecht Teich, Geschäftsführer von Osborn International in Burgwald sowie Jochen Ertl, Leiter Forschung und Entwicklung bei Osborn, Henning Wieschemeyer, Energiemanager bei RWE in Hannover, Markus Schramm sowie Geschäftsführer des Technik und Natur Büro für technische Gutachten GmbH in Kassel. In zwei Dingen war sich die Runde schnell einig: Ja, es gibt ein Problem und Nein, es spielt in der öffentlichen Wahrnehmung praktisch keine Rolle.

Was genau ist eine Solarzelle?

Eine Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das Sonnenlicht direkt in Energie umwandelt. Sie besteht in großer Mehrheit aus zwei Halbleiterschichten aus Siliciumverbindungen, von denen die obere so dünn ist, dass das Sonnenlicht durch sie hindurchscheinen kann. In der oberen Schicht (n-Schicht) sind die Atome so angeordnet, dass einige Elektronen keine Paare bilden und sich daher relativ frei bewegen können.

In der unteren Schicht (p-Schicht) dagegen ist Platz für weitere Elektronen, sodass in der Grenzzone beider Schichten einige Elektronen in die untere Schicht wandern – so entsteht im oberen Teil eine positive und im unteren Teil eine negative Ladung.

Wenn auf die Grenzschicht nun Sonnenlicht trifft, werden Elektronen wieder von ihren Atomen getrennt. Da sie negativ geladen sind, wandern sie entlang des elektrischen Feldes zum Pluspol, also der dünnen oberen Schicht. Am Pol werden die Elektronen dann durch eine Kontaktschicht abgeleitet. Sie fließen durch einen Leiter und erzeugen so elektrischen Strom. Die charakteristische blaue Oberseite hat mit diesem Effekt übrigens nichts zu tun. Es handelt sich um Titanoxid, das Reflexionsverluste des Sonnenlichts verhindert.

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Dabei ist der Energieverlust allein durch Dreck auf den Solarmodulen nicht unbeträchtlich. Eine Studie aus dem Jahr 2007 schätzt die Leistungseinbußen auf durchschnittlich sechs bis acht Prozent, während sie im ländlichen, landwirtschaftlichen Bereich bis zu 30 Prozent ausmachen können. Die Ursachen sind vielfältig und reichen von Kalkablagerungen durch eine Reinigung mit Leitungswasser über Blätter, Vogelkot, Pollen, Ruß, Staub verschiedenster Art bis hin zum Wachstum von Pionierpflanzen wie Flechten oder Moosen. Roland Marx hat basierend auf dieser Leistungsminderung und gemessen an den durchschnittlichen Einspeisemittelwerten einmal nachgerechnet und kommt bei einer sehr konservativen Schätzung auf einen Leistungsverlust von fünf Gigawattstunde jährlich – was etwa 2,5 herkömmlichen Kraftwerken entspricht.

„Die Solarmodule haben intern einen String, der mehrere Solarzellen verbindet. Sobald ein String beschattet ist, fällt der String ganz oder anteilig aus“, berichtet Markus Schramm. „Das interessiert aber praktisch niemanden.  Dabei wird das gerade ein wichtiges Thema, weil die Anlagen inzwischen zehn bis 15 Jahre alt sind, so dass Verschmutzung wirksam wird. Wir bekommen regelmäßig Anrufe, dass der Ertrag sinkt. Wenn wir uns auf die Spurensuche nach den Ursachen machen, stellen wir fest, dass Verschmutzung tatsächlich ein Thema ist, aber nicht das einzige.“ Der Qualitätsmonitor Solar 2015 des TÜV Rheinland zeigte, dass jede dritte Solaranlage Defekte und Leistungsdefizite aufweist, den Hauptanteil machen dabei Installationsfehler sowie Planungs- und Dokumentationsfehler aus.

Und ein Solarmodul?

In einem Solarmodul sind zahlreiche Solarzellen miteinander verbunden und in Reihe geschaltet. Sogenannte Strings sind Leiterbahnen, die die Elektronen einsammeln und zum Wechselrichter leiten. Die Solarzellen sind in Kunststofffolien eingebettet, mit einer Glasabdeckung wasserdicht verschlossen und in einem Aluminiumrahmen eingebettet.

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Schramm schätzt, dass nach acht bis zehn Jahren sich die Verschmutzung auswirkt, wohingegen sie sich im landwirtschaftlichen Bereich quasi sofort bemerkbar macht. Hier greifen zudem noch Ammoniak-Ausdünstungen aus der Tiermast die Module an. 20 Jahre Lebenszeit und Wartungsfreiheit wurden für Solarmodule versprochen, der Kunde handele nach dem Motto investieren und vergessen, so ein Ergebnis der  5. Kölner Photovoltaik-Anwenderkonferenz aus diesem Jahr. „Wie groß jedoch die tatsächlichen technischen Probleme bereits nach zehn Jahren Betrieb sind, ist unklar“, so Schramm. „Deswegen sind Wirtschaftlichkeitsberechnungen sehr kritisch zu sehen.“

Alexander Pape, der zahlreiche Solaranlagen installiert hat, sieht jedoch für die Reinigung keinen Markt. „Die Leute sagen, dass sie mit ihrer Ertragsprognose hinkommen und keinen Grund dafür sehen, zu investieren. Zudem ist der Beratungsaufwand zu groß und der Gewinn zu gering. Ich kenne Firmen, die sich auf Solarmodulreinigung spezialisiert haben und pleitegegangen sind, weil die Nachfrage einfach nicht da ist.“ Pape kann auf eigene Erfahrungen blicken: 700 Kunden schrieb er fünf Jahre nach Installation an und bot eine Wartung der Anlagen an. „Es gab so gut wie keinen Rücklauf.“

Zahlen zur Solarenergie in Deutschland

Ende 2014 deckte Photovoltaik 6,9 Prozent des Netto-Stromverbrauchs (35,2 TWh) in Deutschland. Würde der Verlust durch Verschmutzung hinzugerechnet, käme man auf ungefähr 7,5 Prozent. Alle Erneuerbaren Energien kommen zusammen auf 31 Prozent. An sonnigen Werktagen kann Solarstrom zeitweise bis zu 35 Prozent, an Sonn- und Feiertagen sogar bis zu 50 Prozent des momentanen Stromverbrauchs abdecken.

Ende 2014 waren etwa 1,5 Millionen Solaranlagen mit einer Nennleistung von 38,5 GW installiert. Das ist die höchste installierte Leistung aller Kraftwerkstypen in Deutschland.

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Eine Ausnahme könnte der landwirtschaftliche Bereich sein. Osborn, eigentlich ein Hersteller von Industriebürsten, wurde von Landwirten aus der Nähe des Werkes in Hessen angesprochen, ob sie nicht Lösungen für die Verschmutzung hätten. So wurde man aufmerksam. „Wir haben Messtechnik installiert und festgestellt, dass wenn der Landwirt sein Getreidesilo vollbläst auch das Dach gleich komplett mit zu war. Der schickt dann Leute hoch, die das saubermachen sollen, aber immer nach einem landwirtschaftlichen Ereignis war das Dach wieder zu. Wir probieren gerade Lösungen aus, das stationär zu reinigen“, sagt Albrecht Teich. Doch über eine Testphase ist man noch nicht hinaus.

Aber auch einen leicht positiven Ausblick gab die Expertenrunde, denn an manchen Stellen wächst das Problembewusstsein, viele Ideen seien entstanden, von kantenlosen Solarmodulen über Oberflächen mit Lotusblüteneffekt, an denen nichts haftet. Und es wächst der Sinn für Optimierung und Qualität der Anlagen – während es in Zeiten des Solarbooms vor zehn Jahren vor allem nur um eines ging: Lieferfähigkeit, egal von wem. 

Von Sven Grünewald

Nachgefragt ...
... bei Aaron Fraeter, er betreut die Solar-Beratung bei der Energieagentur Göttingen

• Vergleichen Sie Ihre Erträge mit dem Vorjahr. Unter www.solarportal-goettingen.de finden Sie geeignete Fachbetriebe aus der Region, die kontaktiert werden können, wenn die Erträge zu gering erscheinen.

• Lassen Sie gegebenenfalls eine Sichtprüfung oder Reinigung durch einen Fachbetrieb machen. Diese finden auch verborgene Mängel, die man nicht am Ertrag ablesen kann. Da die meisten Fehler bei der Installation gemacht werden, sollte nicht der Fachbetrieb, der die Installation vorgenommen hat, beauftragt werden. Ein guter Zeitpunkt dafür ist vor Ablauf der Gewährleistung. Auf Nummer sicher geht man, wenn die Sichtprüfung vor Ablauf des zweiten Jahres gemacht wurde. Da es juristisch unklar ist, kann auch die Sichtprüfung vor Ablauf des fünften Jahres ausreichen.

• Ein Hinweis gilt nur für Gewerbetreibende: Für die elektrische Sicherheit gemäß der geltenden Norm sollte alle vier Jahre die Anlage auf ihre elektrische Sicherheit geprüft werden.

 
 
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