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Stromerzeugung
Wie Schmutz die Leistung von Solarmodulen einschränkt

Solarmodule erzeugen aus Sonnenlicht Strom. Je höher dabei die Einstrahlung, desto größer der Ertrag. Für eine gute Lichtausbeute sollten die Strahlen aber weder von der Glasoberfläche reflektiert noch absorbiert werden – sie sollten das Glas einfach durchdringen, um auf die Solarzellen zu treffen. Schmutz auf den Modulen kann zu Leistungseinbußen um etwa 10 bis 15 Prozent führen.

Von Ines Rutschmann | 27.05.2014

Die Schicht ist dunkelbraun und sie klebt, wenn man mit dem Finger darüber fährt. Mit dieser undurchsichtigen Masse sind zwei Solarmodule komplett überzogen. Sie sind zur Leistungsmessung zum Fotovoltaiklabor PV Lab nach Potsdam geschickt worden. Denn die Anlage, aus der die Module stammen, erzeugt viel weniger elektrische Energie, als sie sollte. Die Labormitarbeiter bringen die Module nacheinander in eine dunkle Kammer, in der ein Sonnensimulator steht. Dieser löst einen Blitz aus.
Die Beleuchtung genügt, dass Strom produziert und die elektrischen Kennwerte erfasst werden können.
"Modul 2 hat jetzt bei der ersten Messung im schmutzigen Zustand 119 Watt, der Sollwert sind 150 Watt. Wir putzen das Modul jetzt, dann messen es dann noch mal und werden sehen, wo wir dann rauskommen. Also 119,2 Watt zu 150 - das entspricht einer Minderleistung von 20,5 Prozent."
Verschmutzung sorgt für weniger Strom
Das andere Modul, erläutert Laborchef und Firmeninhaber Jürgen Arp, weist eine Minderleistung von rund 17 Prozent auf. Beide sind vor drei Jahren auf einem Rinderstall nahe Berlin montiert und noch nie gesäubert worden. Nach der Reinigung sorgt das Ergebnis der zweiten Messung für eine Überraschung: Beide Module verfügen wieder über ihre volle Leistung. Dass sie zuletzt vergleichsweise wenig Strom erzeugten, lag allein an ihrer Verschmutzung, erklärt Jürgen Arp. Die dunkelbraune, klebrige Schicht hatte zu viel Licht absorbiert.
"Also in 90 Prozent aller Fälle messen wir bei Modulen, die vom ersten optischen Eindruck her ziemlich schmutzig und staubig aussehen, Minderleistung in einer Größenordnung von 3 bis 4 Prozent, das ist der Normalfall, den wir sehen. So extreme Verschmutzungen mit 20 Prozent Leistungsverlust – das habe ich in diesem Fall zum ersten Mal gesehen. Das ist ein ganz, ganz seltener Effekt."
Leistungseinbußen um etwa 10 bis 15 Prozent
Dieser seltene Effekt tritt in Deutschland an Orten mit hoher Schmutzbelastung auf. Zum Beispiel nahe Kiesgruben und Zementwerken, neben Getreidesilos und Bahnschienen. Der Staub wirkt sich aber nur so lange negativ aus, bis ihn der nächste Regenguss fortspült. Dass der Dreck festklebt wie an den Modulen im PV Lab in Potsdam, das kennt auch Karl Friedrich Rommel. Er betreibt rund 150 Photovoltaikanlagen. Fünf davon verschmutzen immer wieder stark und zeigen dann Leistungseinbußen um etwa 10 bis 15 Prozent.
"Punktuell von den vielen Anlagen, wo ich betreibe, habe ich die Erfahrung gemacht, dass es so bestimmte Dächer gibt, wo es sehr wohl sinnvoll ist, das fast jährlich reinigen zu lassen. Das sind meistens Anlagen, die so in der modernen Landwirtschaft gebaut sind, wo die Ställe so konzipiert sind, dass der ganze Transport von der warmen Luft, die die Tiere erzeugen, über den First rausgeht. Und das heißt, da gehen eben auch im Stall die ganzen Ammoniakverbindungen mit dem Staub vermischt in die Luft ab."
Um den Dreck zu lösen, schrubbt Karl Friedrich Rommel die Module einmal im Jahr mit warmen Wasser und einer feinen Bürste. Dass gereinigt werden muss, sehen Wissenschaftler aber nur in Einzelfällen in Deutschland begründet: Eben wenn die Luft stark staubbelastet ist oder wenn die Module sehr flach auf einem Dach liegen. Dann können sich Laub, Schmutz und Feuchtigkeit an den Rändern sammeln und Moose und Algen wachsen, erklärt Christian Reise vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg. Da die meisten Photovoltaikanlagen hierzulande in Winkeln über 25 Grad montiert sind, funktioniere aber die natürliche Reinigung durch Regen und Schnee. Wer nicht zusätzlich putzt, hat gewöhnlich mit Ertragseinbußen von ein bis zwei Prozent zu rechnen, sagt Christian Reise. Aus seiner Sicht ist das zu verschmerzen.
"Wenn Sie eine Anlage haben, eine große private Hausdachanlage mit zehn Kilowatt Leistung und die im Jahr 10.000 Kilowattstunden produzieren würde, wären davon ein Prozent 100 Kilowattstunden, die Sie verlieren würden durch einprozentige Verschmutzung. Und das wären im Jahr 35 Euro. Und ob Sie jetzt dafür eine Firma beauftragen, diesen Ertrag zu erzielen, das ist schon die Frage."
Regelmäßige Reinigung in trockenen Regionen
Anders stellt sich die Lage in trockenen Regionen der Erde dar. In Südspanien, in Nordafrika oder in Israel. Wenn es nicht regnet, kann sich innerhalb von vier Wochen eine geschlossene Staubdecke auf den Modulen bilden und deren Effizienz deutlich senken. Die Kraftwerksbetreiber in diesen Landstrichen wissen um das Problem - eine regelmäßige Reinigung ist dort von vornherein vorgesehen.