Wenn aus Sonnenstrahlen Storm wird
Drei Photovoltaikanlagen auf dem Dach im Langzeittest
Drei Photovoltaikanlagen auf dem Dach des Werner-von-Siemens-Gebäudes zeigen anschaulich, dass aus der Vision einer Stromerzeugung direkt aus Sonnenlicht, längst eine technische und ökonomische Realität geworden ist.
Inzwischen speisen in Deutschland viele tausend Photovoltaikanlagen ihre Energie dezentral in das Versorgungsnetz ein. Sie trugen z.B. im Jahr 2006 mit über 2000 Gigawattstunden an „sauberer“ elektrischer Energie zum Energiemix bei. Stimuliert durch das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG) hält der Boom der Solarbranche und der Zubau an Photovoltaikanlagen weiterhin an und beschert Deutschland im internationalen Vergleich den Spitzenplatz vor Japan und den USA. Gegenwärtig wird südlich von Leipzig das derzeit weltweit größte Solarkraftwerk mit einer Spitzenleistung von fast 40 Megawatt errichtet.
Neben den klassischen Solarzellen aus mono- bzw. polykristallinem Silizium, wie sie z.B. von dem in Thalheim (Sachsen-Anhalt) ansässigen Solarzellenhersteller Q-Cells AG produziert werden, sind in den letzten Jahren auch sogenannte Dünnschicht-Solarzellen aus Verbindungen verschiedener Halbleitermaterialien aus industrieller Produktion verfügbar geworden. Sie lassen sich mit geringerem Energieaufwand produzieren und großflächig in technologischen Durchlaufprozessen abscheiden. Doch trotz aller Fortschritte in Forschung und Technologie erfordern Photovoltaikanlagen immer noch einen hohen Investitionsaufwand, der sich letztlich über die jährlichen Energieerträge und die Nutzungsdauern der Anlagen rentieren muss. Vor diesem Hintergrund kommt den Untersuchungen zur Zuverlässigkeit und zum Ertragsverhalten der unterschiedlichen Photovoltaikanlagen bei langen Nutzungszeiträumen eine besondere Bedeutung zu.
Drei Solaranlagen im Vergleich
Am Lehrstuhl Elektrische Netze und Alternative Elektroenergiequellen (LENA) werden unter der Leitung von Prof. Dr. Zbigniew A. Styczynski bereits seit sieben Jahren zwei Photovoltaikanlagen aus monokristallinen und polykristallinen Silizium-Solarmodulen in einer Langzeit-Studie untersucht.
Im Jahr 2003 kam dazu noch eine dritte Anlage, bestückt mit neuen Dünnschicht-Modulen auf der Basis von Kupfer-Indium-Diselenid (CIS-Solarmodule).
Ausgestattet sind die Anlagen mit Wechselrichtern zur Netzeinspeisung und mit einem komplexen, computergestützten Messsystem, welches seit der Inbetriebnahme alle relevanten Strahlungs-, Temperatur- und Leistungsdaten im Minutentakt aufzeichnet und in einer Datenbank ablegt. Diese umfangreiche Datenbasis steht für vielfältige Auswertungen in Forschung und Lehre zur Verfügung.
Da alle drei Anlagen unter den gleichen Einstrahlungs- und Umweltbedingungen ihren Solarstrom in das Universitätsnetz einspeisen – bis jetzt über 30 000 kWh –, sind direkte, vergleichende Analysen zum Leistungsverhalten, zu Alterungserscheinungen bzw. zu Fehlerhäufigkeiten und Zuverlässigkeiten der verwendeten Photovoltaikmodultypen unter realen Nutzungsbedingungen möglich.
Die bisher vorliegenden Ergebnisse zeigen für alle untersuchten Solarmodultypen eine sehr hohe Zuverlässigkeit und ein gleichbleibend gutes Ertragsverhalten. Nach sieben Betriebsjahren gibt es keinerlei Modulausfälle oder sichtbare Alterungserscheinungen. Nicht ganz so zuverlässig zeigen sich die elektronischen Wechselrichter. Hier musste nach sechsjähriger Betriebszeit einer der drei Wechselrichter ausgetauscht werden.
Das Langzeit-Leistungsverhalten der Photovoltaikanlagen kann anschaulich am sogenannten Performance Ratio (PR) dargestellt und verglichen werden. Performance Ratio ist das Verhältnis der real eingespeisten Energiemenge zu der Energiemenge, die die Photovoltaikanlage theoretisch erzeugen könnte, wenn sie ständig mit dem unter Standard-Testbedingungen (STC) ermittelten Wirkungsgrad arbeiten würde.
Die PR-Werte der drei Photovoltaikanlage liegen etwa im Bereich zwischen 70 und 80 Prozent, wobei auch nach mehrjähriger Nutzungsdauer keine signifikanten Veränderungen im Leis-tungsverhalten der Anlagen nachgewiesen werden konnten. Das anfänglich schlechtere PR der Anlage 3 (CIS-Module) im Jahr 2003 ist auf zeitweise Betriebsstörungen nach der Inbetriebnahme zurückzuführen. Diese Probleme konnten jedoch gelöst werden.
Die Ergebnisse der Langzeituntersuchungen bestätigen die hohe Zuverlässigkeit der heute verfügbaren Solarmodule. Sie zeigen, dass Photovoltaikanlagen unter unseren klimatischen Bedingungen über viele Jahre stabil hohe Energieerträge liefern können und prognostizierte Nutzungszeiten von 25 bis 30 Jahren durchaus realisierbar sind.
Photovoltaikanlagen werden in den kommenden Jahren einen zunehmend größeren Anteil an der Stromproduktion in Europa haben. Allerdings – die Sonne muss scheinen!