Degradation in der Photovoltaik: Wie schlimm ist der Leistungsverlust tatsächlich?
Im Laufe der Zeit nimmt die Leistung deiner PV-Anlage ab. Man spricht in der Photovoltaik dann von Degradation. Wir erklären dir, warum es zum Leistungsverlust kommt, wie viele Jahre Solarmodule im Normalfall mit hoher Effizienz arbeiten und was du tun kannst, um möglichst lange einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten.
Das Wesentliche in Kürze
Leistung: Deine PV-Anlage verliert über die Nutzungsdauer an Leistung – der Vorgang wird als Degradation bezeichnet.
Umwelteinflüsse: Feuchtigkeit, Temperaturwechsel und Sonneneinstrahlung, aber auch der normale Alterungsprozess tragen zur Degradation bei.
Bauweise: Wie stark der Leistungsabfall über die Zeit ist, hängt von der Bauweise der Solarmodule ab. Handelsübliche Solarmodule besitzen nach 20 Jahren Laufzeit aber noch mindestens 80 Prozent ihrer Leistung.
Wartung und Überwachung: Die regelmäßige Wartung der Anlage und die Messung der Leistung zeigen dir, ob diese aufgrund der Degradation oder technischer Fehler sinkt. Über die Energie-Software-Plattform Heartbeat AI von 1KOMMA5° kannst du in Echtzeit dein System beobachten.
Was bedeutet es, wenn eine PV-Anlage degradiert?
Wir alle werden in hohem Alter etwas langsamer. Das ist ganz normal. Und auch Solaranlagen besitzen nach 20 bis 30 Jahren Lebensdauer nicht mehr 100 Prozent ihrer Leistung. Das ist ein natürlicher Vorgang und – wie bei jeder Art von Technik – nicht vermeidbar.
Dieser allmähliche Leistungsverlust von Solarzellen und -modulen wird als Degradation bezeichnet. Mit ihr sinkt auch die Menge an Solarstrom, die deine Anlage erzeugen kann. Wie stark die Degradation ist, hängt von der Bauweise der Solarmodule ab.
Der Degradationsfaktor sollte schon bei der Planung der PV-Anlage eine Rolle spielen. Die meisten Hersteller berechnen daher die Wirtschaftlichkeit und den erwarteten Ertrag der Solaranlage unter Berücksichtigung des Verlustes und weisen den Wert in der Modulbeschreibung als „jährliche Degradation“ aus. Das ist auch bei 1KOMMA5° der Fall. Schließlich soll die Planung deiner Anlage ein realistisches Bild zeichnen.
Welche Faktoren verursachen die Degradation einer PV-Anlage?
Der Grund für das Nachlassen des Wirkungsgrades sind vor allem Umwelteinflüsse. Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Erwärmung der Module und natürlich auch die Sonneneinstrahlung stellen eine stetige Belastung dar. Auch das Alter der Module spielt eine Rolle. Hersteller moderner Solaranlagen geben in der Regel eine Lebensdauer von bis zu 25 Jahren an. Innerhalb dieser Zeit sinkt die Leistung.
Diese Arten von PV-Degradation gibt es
Es gibt verschiedene Arten der Degradation von Photovoltaik-Modulen, die durch unterschiedliche Umwelteinflüsse und andere Faktoren hervorgerufen werden:
Sie ist Hauptbestandteil der aktuellen Forschung zur PV-Degradation. Grundsätzlich wird die potenzialinduzierte Degradation (PID) durch hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit ausgelöst. Diese verursachen Potenzialunterschiede zwischen dem Halbleitermaterial und der Solarzelle, wodurch sogenannter Leckstrom entsteht. Negativ geladene Ionen fließen über den geerdeten Aluminiumrahmen ab, während sich positive Ionen an der Oberfläche der Solarzelle festsetzen und dort die Struktur verändern. So entstehen Schäden an der Zelle, die ihre Lichtaufnahmefähigkeit hemmen. Moderne Solarmodule müssen nach der Norm IEC TS 62804-1 auf diesen Effekt getestet werden. Dabei werden sie über 96 Stunden einer Temperatur von 60 Grad Celsius und einer Luftfeuchtigkeit von 85 Prozent ausgesetzt. Erlaubt ist ein Leistungsverlust von maximal fünf Prozent.
Der PID-Effekt ist teilweise reversibel, z. B. über einen galvanisch trennenden Wechselrichter. Kommt dieser zum Einsatz, wird der Minuspol des Photovoltaik-Generators geerdet und sein Potenzial ins Positive umgekehrt. Statt eines Wechselrichters kann auch die Installation einer sogenannten Anti-PID-Box helfen. Sie kehrt das vom Wechselrichter angelegte Potenzial um. Das Ergebnis: Alle Module, die von der negativen Spannung betroffen sind, werden in die entgegengesetzte Richtung polarisiert und können sich vom PID-Schaden erholen.
Der Effekt der lichtinduzierten Degradation (LID) tritt nur bei der ersten Nutzung von Dünnschicht-Modulen auf und ist nicht dauerhaft. LID entsteht, wenn die Anlage erstmalig Sonnenlicht in Strom umwandeln muss. Das verursacht die sogenannte Anfangsdegradation. Bei kristallinen Modulen ist der Effekt nicht bekannt.
Über die Nutzungszeit verschleißen die Solarmodule deiner Anlage. Das ist normal und du kannst es nicht verhindern. Je nachdem, welche Art von Modulen in deiner Anlage verbaut sind, nimmt die Leistung über die Zeit unterschiedlich stark ab.
Degradation und Bauweise: So unterscheidet sich der Leistungsverlust unterschiedlicher Module
Die Bauweise der Module entscheidet auch darüber, wie hoch die Degradation ist und in welchem Zeitraum sie sich abspielt. Im Folgenden erklären wir dir die Unterschiede.
Die beiden gängigsten Modularten auf dem Markt bestehen aus mono- oder polykristallinem Silizium, wobei monokristalline Module den besseren Wirkungsgrad besitzen und weniger Platz benötigen. In der Degradation gibt es bei diesen beiden Modularten jedoch keinen Unterschied. Grundsätzlich kannst du mit einem Leistungsverlust von etwa 0,5 Prozent im Jahr rechnen.
In der Realität verzeichnen sie aber oft einen geringeren Verlust: wie eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ergab, bauen Module jährlich um etwa 0,15 Prozent an Leistung ab. Zusätzlich entsteht eine Degradation von einem bis zwei Prozent innerhalb der ersten Tage nach Inbetriebnahme. Über zehn Jahre kannst du also von einem Verlust von bis zu fünf Prozent ausgehen.
Das monokristalline Full-Black Modul von 1KOMMA5° besitzt eine jährliche Degradation von 0,4 Prozent.
Dünnschichtmodule werden aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades meist nicht für Solaranlagen auf Einfamilienhäusern eingesetzt. Dennoch wollen wir kurz erklären, wie der Leistungsabfall sich bei dieser Art der Module ausgestaltet: Innerhalb des ersten Jahres tritt eine Degradation ein, die für Leistungseinbußen in Höhe von etwa 25 Prozent sorgt. Hersteller geben in der Regel an, dass die Minderung innerhalb der ersten 1.000 Betriebsstunden entsteht. Der erwartete Ertrag wird dementsprechend erst ab dem zweiten Betriebsjahr errechnet.
Grund für diese Anfangsdegradation ist der Staebler-Wronski-Effekt. Dünnschicht-Module bestehen aus amorphem Silizium. Die Lichteinwirkung verändert das Silizium – wie genau dieser Effekt zustande kommt, ist noch nicht abschließend geklärt. Als gesichert gilt, dass Bor-Sauerstoff-Komplexe, die sich in der Solarzelle ablagern, den Schaden verursachen. Diese lassen sich unschädlich machen, indem die Solarmodule über mehrere Stunden auf 150 Grad Celsius erhitzt werden. Die Methode wird auch als Annealing bezeichnet. Doch auch ohne diese Methode zeigt sich, dass der Staebler-Wronski-Effekt nicht länger als 10.000 Stunden anhält und von den Modulen nach der Anfangsdegradation eine konstante Leistung zu erwarten ist.
Die Technologie der organischen Solarzellen ist noch jung, wird aber als vielversprechend gehandelt, da die Produktionskosten niedrig sind und sie als Kunststoffbeschichtung auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden können. Durch ihr geringes Gewicht eignen sie sich für den mobilen Einsatz und weniger tragfähige Dächer. Tatsächlich handelt es sich um eine Unterform der Dünnschicht-Solarmodule, die aus Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt wird. Die Degradation ist allerdings vergleichsweise hoch: Sie kann zwischen fünf und zehn Prozent pro Jahr betragen.
Wie lange halten PV-Module wirklich?
Eine relevante Frage, die sich dir stellt, lautet vermutlich: Wenn die Leistung von Solartechnik langsam über die Jahre abnimmt, welche Lebensdauer haben Solarmodule? Die von 1KOMMA5° haben – wie die Module der meisten Hersteller – eine Garantie von 25 Jahren. Innerhalb dieser Zeit nimmt die Leistung der Module ab – bei korrekter Wartung und Pflege sind sie aber weiterhin leistungsfähig und können mit hoher Effizienz Strom erzeugen. Und das sogar deutlich länger als 25 Jahre: Kristalline Solarmodule halten oftmals sogar deutlich länger als 30 Jahre eine hohe Stromproduktion aufrecht. Deshalb bietet dir 1KOMMA5° neben der Modulgarantie sogar eine zusätzliche Leistungsgarantie von 30 Jahren.
Unterm Strich: Wie stark fällt Degradation ins Gewicht?
Leistungsabfall klingt im ersten Moment negativ und wirft die Frage in den Raum, welchen Einfluss die Degradation auf die Wirtschaftlichkeit hat. Wir können dich beruhigen: Degradation sorgt zwar für die langsame Abnahme in der Leistung der Module, dennoch rechnet sich eine PV-Anlage! In der Regel haben sich die Investitionskosten für eine Solaranlage je nach Stromverbrauch innerhalb von 9 bis 11 Jahren amortisiert. Die Degradation in diesem Zeitraum beträgt durchschnittlich fünf Prozent. In den Folgejahren nimmt die Leistung zwar weiter ab, die Anlage erreicht in der Regel nach 25 Jahren jedoch noch immer mindestens 80 Prozent, häufig sogar mehr. So wird noch immer genug Strom produziert, um dich so unabhängig wie möglich von einem Netzbetreiber zu versorgen – und du sparst eine Menge Kosten.
So kannst du die Degradation deiner PV-Module verringern
Wie eingangs erwähnt, ist es tatsächlich nicht möglich, Degradationseffekte komplett zu verhindern. Es gibt allerdings einige Stellschrauben, mit denen du den Leistungsabfall verringern kannst. Du solltest bei der Planung der Anlage bereits auf die Materialien achten und möglichst hochwertige Solarmodule wählen. Achte auch darauf, dass die Module nicht überhitzen und stelle eine gute Belüftung sicher. Halte regelmäßige Wartungstermine ein und überwache die Leistung deiner PV-Anlage kontinuierlich, um Veränderungen schnell festzustellen.
Fazit: Die Degradation von Solarmodulen ist überschaubar
Zwar kannst du den Leistungsverlust deiner Solarmodule nicht aufhalten, große Sorgen muss er dir allerdings auch nicht bereiten. Denn moderne Module verlieren nur wenige Prozente über die gesamte Leistungsdauer von 30 oder mehr Jahren. Eine gute Planung gibt dir zusätzliche Sicherheit. Denn schon vor der Installation der Anlage sollte der Degradationsfaktor eingerechnet werden, um sicherzustellen, dass die Solaranlage auch nach 20 Jahren oder mehr genug Strom produzieren kann, um deinen Bedarf zu decken. Wir bei 1KOMMA5° erklären dir gerne im persönlichen Gespräch, worauf es bei einer langfristig effizienten Anlage ankommt und stellen ein individuelles System zusammen, das dir über Jahrzehnte günstigen Strom zur Verfügung stellt.