Degradation bei PV-Anlagen: Wenn Solarmodule weniger leisten
Im Laufe der Zeit büßen Solarmodule an Leistung ein. Diese sogenannte Degradation lässt sich nicht verhindern, aber minimieren. Rentabel ist eine PV-Anlage trotz Degradation in so ziemlich jedem Szenario, denn die Verluste sind gering. Hier erfährst du, mit welchen Einbußen du rechnen musst und wie das die Wirtschaftlichkeit beeinflusst.
Das Wesentliche in Kürze
Was genau ist die Degradation von Photovoltaik-Modulen? Der Begriff „Degradation“ bezeichnet Leistungseinbußen von Solarmodulen. Solarzellen und damit auch die Solarmodule arbeiten nach 20 oder 30 Jahren nicht mehr so effizient wie am ersten Tag. Nach 20 Jahren erbringen sie aber immer noch mindestens etwa 90 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung.
Warum kommt es bei PV-Anlagen zur Degradation? Es gibt verschiedene Arten von Degradation. Meist ist die alterungsbedingte Degradation gemeint, die auf Verschleißerscheinungen zurückzuführen ist. Sie betrifft alle Arten von Technik – und damit auch Solarmodule.
Wie lässt sich die Degradation minimieren? Obwohl sich der natürliche Leistungsabfall von Solarmodulen nicht komplett verhindern lässt, gibt es Möglichkeiten, ihn zu reduzieren. Hochwertige Module weisen von vornherein eine geringere Degradation auf. Eine professionelle Installation mit guter Belüftung verhindert Überhitzung. Besonders wichtig ist eine sorgfältige Erdung, um die potenzialinduzierte Degradation (PID) zu verhindern, die zu massiven Leistungsverlusten von bis zu 30 Prozent führen kann. Regelmäßige Wartung hilft zudem, Leistungsveränderungen frühzeitig zu erkennen.
Fällt die Degradation ins Gewicht? Trotz Degradation sind Solaranlagen eine sinnvolle und lohnende Investition. Profis berechnen deine Anlage so, dass sie sich auszahlt. Viel relevanter als die Degradation sind andere Aspekte, die dein Fachbetrieb bei der regelmäßigen Wartung unter die Lupe nimmt.
Bekannt aus
Drei wichtige Arten der Degradation von Photovoltaik-Modulen
Du hast eine neue Photovoltaik-Anlage auf dem Dach – und jetzt heißt es, die Module arbeiten von Jahr zu Jahr weniger effizient? Keine Sorge: Wenn du deine Anlage von einem vertrauenswürdigen Hersteller hast, passiert dir das in der Regel nicht. Diese Faktoren sind natürlich bekannt und werden berücksichtigt, wenn es darum geht, die Wirtschaftlichkeit deiner Solaranlage zu berechnen.
1. Alterungsbedingte Degradation
Deine Waschmaschine geht kaputt, dein Auto macht nach 30 Jahren schlapp und selbst deine Immobilie steht nicht für ewig – Verschleißerscheinungen zeigen sich an allen Dingen, auch an Solarmodulen. Ihre Lebensdauer ist lang: 30 oder sogar 40 Jahre können moderne Module halten. Klar, dass es über diesen langen Zeitraum zu (kleinen) Beeinträchtigungen kommt.
Faktoren, die eine alterungsbedingte Degradation der Photovoltaik-Module vorantreiben, sind zum Beispiel:
Materialermüdung (etwa an Lötstellen oder Kontakten)
thermische Belastung (durch große Hitze – es wird heiß auf dem Dach!)
mechanische Belastung (durch Wind, Schnee oder Vibrationen)
Feuchtigkeit
UV-Strahlung
Veränderungen in den Halbleitereigenschaften des Siliziums, aus dem die Solarzellen bestehen
Die Leistung der Solarzellen und damit auch der Module lässt auf diese Weise über viele Jahre langsam nach. Wie stark? Üblicherweise geht man von 0,5 Prozent pro Jahr aus. Das würde bedeuten, dass die Module nach 20 Jahren noch immer 90 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung erreichen (und 85 Prozent nach 30 Jahren). Eine Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) hat gezeigt, dass die Verluste in der Praxis sogar noch geringer sind – nur etwa 0,15 Prozent pro Jahr (also etwa 3 Prozent über 20 Jahre oder 4,5 Prozent über 30 Jahre).
Hersteller geben dir in der Regel eine Leistungsgarantie auf deine Solarmodule. Diese gibt vor, mit welchem Leistungsverlust du nach wie vielen Jahren maximal rechnen musst. Bei 1KOMMA5° gilt: Nach 30 Jahren erreichen deine Module noch immer mindestens 87,4 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung.
2. Lichtinduzierte Degradation (LID)
Wenn die Solarzellen zum ersten Mal so richtig mit Licht in Berührung kommen, findet die lichtinduzierte Degradation statt. Das liegt an einer chemischen Reaktion, die in mit Bor dotiertem Silizium abläuft, genauer gesagt einer Reaktion zwischen Bor und Sauerstoff. Die typischen kristallinen Solarmodule, die höchstwahrscheinlich auch in deiner Photovoltaik-Anlage verbaut werden, büßen so etwa 1 Prozent oder auch etwas mehr ihrer Leistung innerhalb der ersten Tage ein. Hier wirst du vielleicht auch den Begriff „Anfangsdegradation“ hören.
Das ist nicht weiter schlimm, denn beim Berechnen der Wirtschaftlichkeit berücksichtigen Hersteller diesen Leistungsverlust bereits. Du bekommst also nicht weniger Leistung, als du bezahlt hast. Daher spielt die lichtinduzierte Degradation für deine PV-Anlage in der Praxis keine Rolle.
Amorphe Dünnschicht-Solarmodule leiden übrigens sehr viel mehr unter einem ähnlichen Effekt (der aber streng genommen keine LID ist): Sie verlieren innerhalb der ersten 1.000 Betriebsstunden ungefähr 25 Prozent ihrer Leistung. Das betrifft dich jedoch nicht, denn in aller Regel werden für deine Anlage keine Dünnschicht-Module installiert. Sie kommen eher in großen Freiflächenanlagen zum Einsatz, wo so viel Platz ist, dass ein größerer Leistungsverlust (und damit ein geringerer Wirkungsgrad) nicht so sehr ins Gewicht fällt.
3. Potenzialinduzierte Degradation (PID)
Einige Wochen bis Monate nach der Installation einer PV-Anlage kann die PID auftreten – wenn es zwischen den Solarzellen und dem Modulrahmen zu elektrischen Leckströmen kommt. Dabei „wandern“ Ionen auf eine Weise, die nicht vorgesehen ist, und bewirken dadurch unter anderem einen Spannungsverlust – und damit einen massiven Einbruch der Leistung. Bis zu 30 Prozent Verluste können hier auftreten.
Das wollen wir unbedingt verhindern – und das ist zum Glück möglich. Die PID ist meist dadurch bedingt, dass die Module unter hoher Spannung stehen und – besonders in feuchter Umgebung – nicht ausreichend geerdet sind. Hersteller moderner Solarmodule wissen natürlich um die PID und verhindern sie mithilfe bestimmter Beschichtungen und sorgfältiger Erdung. Wieder ein Grund dafür, dass du eine Photovoltaik-Anlage immer von Profis planen lassen solltest!
Wenn der PID-Effekt frühzeitig erkannt wird, lässt er sich teilweise noch umkehren. Deshalb ist es sehr wichtig, dass du regelmäßig eine Wartung beauftragst und bei plötzlichen Leistungsabfällen sofort deinen Installationsbetrieb kontaktierst.
Alle Arten der Degradation von Photovoltaik-Modulen im Überblick
In dieser Tabelle siehst du, welche Arten von Degradation deine PV-Anlage betreffen können und worauf du achten solltest:
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Degradation bei unterschiedlichen PV-Modulen: Was ist auf deinem Dach?
Die Bauweise der Solarmodule entscheidet zum einen über ihre Degradation (und damit auch indirekt über ihre Lebensdauer) und zum anderen über ihre Effizienz (ihren Wirkungsgrad). Der Wirkungsgrad bestimmt, welchen Ertrag ein Solarmodul dir pro Fläche liefern kann. Schauen wir uns ein paar unterschiedliche Module an. Spoiler vorab: Auf deinem Dach werden sich höchstwahrscheinlich monokristalline Module befinden.
Mono- und polykristalline Module
Vor einigen Jahren waren mono- und polykristalline Solarzellen noch gleichermaßen auf dem Markt vertreten. Mittlerweile haben sich monokristalline Module eindeutig durchgesetzt. Beide Typen von kristallinen Solarzellen bestehen (meist) aus Silizium, jedoch werden sie unterschiedlich hergestellt: Monokristalline Module werden aus einem einzigen gezüchteten Silizium-Einzelkristall gesägt, polykristalline hingegen aus einem Block mit vielen kleinen, zufällig orientierten Kristalliten.
Monokristalline Solarzellen haben sich schon deshalb durchgesetzt, weil ihr Ertrag pro Fläche höher ist. Das macht sie zur idealen Wahl für Photovoltaik-Anlagen auf Dächern, deren Fläche ja begrenzt ist – hier zählt einfach jeder Quadratmeter. Außerdem finden viele Menschen monokristalline Module ästhetischer, weil sie (im Gegensatz zu den bläulich schimmernden polykristallinen) gleichmäßig schwarz sind.
Was die Degradation bei PV-Anlagen angeht, sind grundsätzlich beide Typen betroffen – wie stark, das hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem der genauen Verarbeitung.
Dünnschicht-Solarmodule
Dünnschicht-Module haben einen viel geringeren Wirkungsgrad als kristalline Module. Das bedeutet, dass sie bei gleicher Größe einen geringeren Ertrag liefern. Deshalb sind sie für begrenzte Dachflächen im privaten Bereich eher nicht geeignet. Anders bei Freiflächen-Photovoltaik: Hier gibt es genug Platz, und da Dünnschicht-Module tendenziell (pro Fläche) günstiger sind, stellt man einfach mehr davon auf.
Du weißt bereits, dass amorphe (= ohne regelmäßige Kristallstruktur) Dünnschicht-Solarmodule eine hohe Anfangsdegradation erleiden: Etwa ein Viertel ihrer Leistung kann innerhalb der ersten 1.000 Betriebsstunden (unter typischen Bedingungen etwa 6 bis 8 Monate) verloren gehen. Wenn Profis die erwartete Leistung berechnen, beginnen sie die Berechnung daher meist erst ab dem zweiten Jahr nach der Inbetriebnahme. Von der alterungsbedingten Degradation sind PV-Anlagen mit Dünnschicht-Modulen natürlich ebenso betroffen.
Organische Solarzellen
Organische Solarzellen? Ja, das gibt es wirklich. Sie bestehen aus organischen Halbleitermaterialien, die auf Kohlenstoff basieren. Das macht sie günstig in der Herstellung, und sie lassen sich als eine Art Beschichtung hauchdünn (etwa ein 200stel eines Menschenhaars!) auf verschiedenste Oberflächen aufbringen. Außerdem sind sie superleicht. Daher kommen sie für den mobilen Einsatz oder für weniger tragfähige Dächer infrage.
Die Degradation dieser Solarzellen fällt allerdings hoch aus: 5 bis 10 Prozent können sie pro Jahr an Leistung verlieren – für PV-Dachanlagen daher grundsätzlich nicht geeignet.
Was bedeutet die Degradation für deinen Ertrag?
Gar nicht so viel, wie du vielleicht denkst. Die Degradation der Photovoltaik-Module bewirkt zwar einen langsamen Leistungsabfall über die Jahrzehnte, doch eine PV-Anlage rechnet sich praktisch immer – und wirft nebenbei eine ordentliche Rendite ab. Nach etwa 10 bis 15 Jahren hat sich die Anlage amortisiert – und du beziehst für weitere 10, 15 oder sogar 20 Jahre nahezu kostenlosen Strom.
Dass die Solarmodule zu diesem Zeitpunkt nicht mehr mit voller Leistung powern – sondern nach 30 Jahren vielleicht nur noch mit 85 Prozent –, fällt dabei kaum ins Gewicht. Eine PV-Anlage mit 10 kWp die zu Beginn pro Jahr etwa 10.000 Kilowattstunden Strom erzeugt, liefert nach 30 Jahren dann noch immer 8.500 Kilowattstunden Strom (und ist dabei längst abbezahlt).
Es gibt dennoch einige Faktoren, auf die du achten kannst, um das Beste aus deiner Solaranlage herauszuholen:
Indem du von Anfang an auf hochwertige Module setzt, hältst du die Degradation so gering wie möglich.
Dein Fachbetrieb kümmert sich bei der Installation darum, dass die Module gut belüftet werden. Dadurch überhitzen sie nicht, performen besser und halten länger.
Außerdem wichtig: die regelmäßige Wartung. Halte die vom Hersteller empfohlenen Termine ein und behalte eventuelle Leistungsveränderungen deiner Anlage im Blick.
Letztendlich spielen aber andere Faktoren eine viel größere Rolle für den Ertrag deiner PV-Anlage – darunter zum Beispiel die Lebensdauer der Module und eine gute Qualität der restlichen Komponenten, insbesondere auch des Wechselrichters. Es lohnt sich, zu Beginn etwas mehr Geld zu investieren, um über die Zeit mehr von deiner Investition zu profitieren.
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Die Degradation bei PV-Anlagen ist überschaubar – und nicht entscheidend
Zwar kannst du nicht vermeiden, dass deine Solarmodule mit der Zeit an Leistung einbüßen, doch auf die Rentabilität deiner Photovoltaik-Anlage wirkt sich das nur geringfügig aus. Die wenigen Prozent, die über 20 oder 30 Jahre verloren gehen, fallen im Vergleich zum hohen Ertrag kaum ins Gewicht. Wenn du den Fokus auf Qualität legst und die regelmäßigen Wartungstermine einhältst, kannst du die natürliche Degradation gut eingrenzen.
Wichtiger sind für den Ertrag deiner Solaranlage andere Faktoren. Zum Beispiel dürfen die Module nicht verschattet sein, der Wechselrichter muss ordentlich arbeiten und eine genaue Planung im Hinblick auf Ausrichtung und Neigung ist wichtig. All das erledigen unsere Profis von 1KOMMA5° für dich – aus einer Hand, direkt bei dir vor Ort.