Читать книгу Photovoltaik & Batteriespeicher - Wolfgang Schröder - Страница 32

Die Anlagennennleistung ergibt sich aus der Summe der einzelnen Nennleistungen aller Module (Generatoren) und wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) angegeben. Üblich ist auch die Bezeichnung kWp (Kilowatt-Peak) – Peak steht hierbei für Spitzenleistung oder maximale Nennleistung.

Die Modulzellen beziehungsweise Module haben nicht immer die volle Leistung. Die Ist-Leistung hängt von vielen Faktoren ab:

von der (Sonnen-)Einstrahlung (Watt pro Quadratmeter) und

von der Zelltemperatur.

Im Folgenden werden Ihnen die elektrotechnischen Hintergründe so einfach wie möglich nahegebracht. Wer sich über die Grundlagen der Photovoltaik informieren möchte, findet im Fachbuchhandel genügend Auswahl an interessanten Büchern und Lehrheften (Anlaufadressen im Netz siehe „Service“, Seite 202).

Um Strom erzeugen zu können, benötigt man eine Spannungsquelle. Diese bilden die Modulzellen, wie in „Funktion einer Solarzelle“ (siehe Seite 16) erläutert. Wer sich an die Schulzeit zurückerinnert, kennt aus der Physik sicherlich noch das Ohmsche Gesetz.

P = U × I

P = Leistung (Watt); U = Spannung (Volt); I = Strom (Ampere)

Module erzeugen je nach Konstruktion unterschiedliche Spannungen. Die Modulzellen (Halbleiter) haben die Eigenschaft, dass sie bei niedriger Temperatur eine höhere Spannung erzeugen als bei hohen Temperaturen. Sie besitzen somit einen Temperaturkoeffizienten, welcher aussagt, um wie viel Prozent sich die Spannung pro Grad Temperaturunterschied ändert. Unterschieden wird hierbei die

Leerlaufspannung (Uoc), also die in der Zelle oder dem Modul anstehende Spannung, wenn es nicht im Betrieb ist,

und die Betriebsspannung (Umpp), wenn der Strom über einen Verbraucher fließt oder der Wechselrichter einspeist.

Die Betriebsspannung liegt immer etwas niedriger als die Leerlaufspannung. Schön lässt sich dies mit einem Gartenschlauch vergleichen. Drehen Sie den Wasserhahn auf und halten den Schlauch am anderen Ende mit der Hand zu, entsteht ein relativ hoher Druck (vergleichbar mit der Leerlaufspannung). Lassen Sie den abgedrückten Bereich des Schlauches los, fließt das Wasser und es stellt sich ein niedrigerer Wasserdruck im Schlauch ein. So ähnlich verhält es sich auch mit der Spannung, wenn Strom fließt.

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.