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Leistung, bzw. Ertrag eines Solarmodules

Leistung, bzw. Ertrag eines Solarmodules

(erstmals eingestellt 1999, fortlaufend aktualisiert - zuletzt Dezember 2017)
 
Solarmodule erzeugen (besser "wandeln") ihre (Solarstrom-)Energie abhängig von der Helligkeit des Lichtes, des Einfallwinkels und der Temperatur. Die jeweils angegebene Nennleistung eines Solarmodules (angegeben in Wattpeak) wird meist nur bei den typischen Laborbedingungen von 1000 W/qm, 25°C Zelltemperatur und 90° Einstrahlungswinkel bei Lichtspektrum 1,5 AM erreicht. 
 
Diese Normbedingungen gibt es in der mitteleuropäischen Praxis nur selten. 
Entweder ist es dunkler, die Sonne steht niedriger oder im Sommer sind die Zellen schnell wärmer. Jedes Modul reagiert auf die unterschiedlichen Lichtstärken/ Lichtfarben anders, so dass der effektive aktuelle oder jährliche Ertrag zweier gleichstarker Modultypen unterschiedlich sein kann.
 
Wird das Solarmodul aber an besonders optimalen Orten eingesetzt (Sahara, hohe Berge in Afrika, Asien, Südamerika), liegt die Strahlungstärke der Sonne häufig über 1000 W/qm und somit können dort Solarmodule auch höhere Nenn-Leistungen, als angegeben, erreichen. Korrigiert durch die Erwärmung des Modules, sind bei 20% höherer Einstrahlung auch ca. 18% mehr Leistung möglich.
 
Es kommt bei den tatsächlichen Tages- oder Jahreserträgen auch auf die Modul- bzw. Zell-Qualität an und hochwertige, preisintensivere Module können häufig erheblich mehr und vor allem länger "ernten" als ihre Billig-Konkurrenz. Der Verkäufer von Billigware wird das sicherlich anders angeben...
 
Als Ertrags-Richtwerte kann man folgendes ansetzen: 

Ein optimal ausgerichtetes unverschattetes Marken-Modul in Mittel-Europa erbringt ungefähr einen Tages-Ertrag zwischen dem 0,2 fachen (trüber, kurzer Wintertag) und dem 7-fachen (klarer, langer Sommertag) seiner angegeben Nenn-Leistung. Das bedeutet, ein 100 W-Modul erzeugt zwischen 20 Wh und 700 Wh Strom an einem Tag. Im Süden Europas sind diese Werte meist etwas besser und im Norden schlechter. Während an klaren, sonnigen Sommertagen zwischen Nord und Süd nur wenig Unterschied besteht, sind die Gegensätze im Winter um so krasser. Dies liegt daran, dass im Norden die Sommertage viel länger und die Wintertage erheblich kürzer sind und die Sonne dann dort kaum über den Horizont kommt. 

Aufgrund unserer Tabellen im Bereich Inselanlagen kann man für den jeweiligen Standort, abhängig von Jahreszeit, Ausrichtung und Neigung den ungefähren Durchschnitts-Tagesertrag ermitteln. 
 
Auch wenn die o.g. Laborbedingungen eingehalten werden, kann in einer Inselanlage kaum ein Solarmodul seine Nennleistung (evtl. abzgl. seiner Toleranz) erreichen. Dies liegt an der Regelung, bzw. dem Verhältnis Strom zu Spannung im MPP-Bereich und der Batterie-Spannung. Damit ein beispielhaftes Solarmodul seine Nennleistung von 100 Wp erreicht, hätte es beim MPP 18 V einen Strom von ca. 5,5 A. Da in diesem Moment die Batterie-Spannung aber eher um 13 - 14 V liegt, ergibt dies miteinander multipliziert eine Leistung von "nur" 77 W. Vermeiden kann man dies mit einem MPP-Solarladeregler, der den Ladestrom hochregelt, also aus 100 W bei 14 V dann ca. 7,1 A Ladestrom macht. 
 
Zum besseren Verständnis, bzgl. der unterschiedlichen Leistungen über den Tag siehe auch Solarleistung in Deutschland 
 
Jahreserträge liegen dann, je nach den o.g. Standort-Bedingungen und Anlagenqualität, in Deutschland bei ca. 0,65 - 1,3 kWh je Wp Modulleistung, also 100 Wp-Module = ca. 95 kWh/Jahr. In netzgekoppelten Solarstrom-Anlagen steht diese gesamte erzeugte Energiemenge, abzgl. ein paar Prozent für den Verlust am Wechselrichter, zur Verfügung.
In Inselanlagen kann man aber in der Regel nicht so hohe Erträge erzielen, weil die dort notwendigen Batterien häufig zum Mittag voll sind, bzw. bei Nicht-Verbrauch auch keine Nutzung des Solarstromes erfolgt. Hier darf man auch die Verluste bei Ladung, Entladung, Lagerung und evtl. Transformation nicht übersehen. Daher liegen die wirklich nutzbaren Tageserträge unter den o. g. Werten. 
 
Modernste Solarmodule haben meist keine Minus-Toleranzen mehr und hochwertige Solarladeregler oder Netz-Wechselrichter bringen heute bessere Wirkungsgrade. Somit können die o.g. Werte mittlerweile nochmals um bis zu 10% höher liegen. 
 
Dennoch kommt es für die aktuelle Leistung, bzw. den Ertrag auf das Zusammenspiel mit den anderen Komponenten an. Das beste Solarmodul wird mit schlechtem Regler oder Wechselrichter seine Möglichkeiten genauso wenig ausspielen können, wie Spitzengeräte nicht mehr aus einem schlecht aufgestellten Billig-Modul heraus zaubern. 
 
Einer unserer langjährigen Lieferanten, von Solarmodulen und Solarladereglern, SUNWARE hat nun einen Modul-Ertragsrechner für Europa entwickelt und in seiner Internet-Seite eingebaut. Zu beachten ist dabei, dass von einer waagrechten Montage ausgegangen wurde - weil üblich bei mobilen Anwendungen und Verluste bei Ladung, u.s.w. nicht berücksichtigt sind. Dennoch eine hilfreiche Sache, um den Unterschied zwischen Sommer und Winter und den Regionen besser zu erkennen:
https://www.sunware.de/sunware/technik/tagesertraege

In unseren eigenen Simulationen (zur Ertragsberechnung von Netz -oder Inselanlagen) arbeiten wir natürlich mit aufwendigeren Programmen und Erfahrungswerten, um somit sehr realistisch Werte zu prognostizieren.

(Teil-)Verschattung reduziert die Leistung!

Daher Solarmodule möglichst nicht in der Nähe von schattenwerfenden Hindernissen, wie Antennen, u. ä. montieren! Vor allem, wenn mehrere Module in Reihe geschaltet werden, müssen diese Fakten beachtet werden, denn ist ein Modul verschattet, leidet auch die Leistung der anderen. Man muss sich das vorstellen wie bei einem abgeknickten Wasserschlauch: egal wieviel Wasser davor ansteht und wie stark der Schlauch-Querschnitt dahinter ist - nur was diese Engstelle passieren kann, kommt am Ende auch raus...
 
Auf dem Bild sieht man zwei fast identische Solarstrom-Anlagen mit 2.210, bzw. 2.200 Wp. Die Untere, mit neuen Evergreen-Solarmodulen und neuem Sunny-Boy -Wechserlrichter bringt bei optimalen Bedingungen ca. 10% mehr Leistung! Doch wenn, wie hier, im Herbst durch das Nachbardach, Teile dieser Anlage verschattet sind, fällt diese Anlage völlig ab. Zum Zeitpunkt des Bildes lagen oben 986 W an, unten nur 120 W! Siehe auch Anlagenbeispiele 
 
Bei der Wechselrichter-Dimensionierung müssen zus. die unterschiedlichen Temperaturen im Jahresverlauf berücksichtigt werden, denn die Spannung steigt bei Kälte und nimmt bei Wärme ab. Die meisten Module haben einen Leistungs-Temperaturkoeffizient von ca. 0,5% je Grad über 25°C. D. h., im Hochsommer bei Modul-Temperaturen um 70° C wird alleine durch den Temperatur-Anstieg die Leistung um ca. 20% reduziert! Bei Anwendungen in ganzjährig sehr warmen Gegenden, versuchen wir Module mit niedrigerem Koeffizient auszuwählen. Manche Anbieter tun so, als ob spezielle Techniken diese natürlich bedingten Verluste vermeiden könnten. Dem ist nicht so! Lediglich eine Reduzierung der Verluste um einige Prozent ist möglich! 
 
Wird ein Solarmodul in einer Inselanlage eingesetzt, sind die aktuellen Leistungen meistens noch niedriger. Zum Einen liegt dies an den o. g. Einflüssen (Solarstrahlung, Temperatur, Toleranz, Kabelweg), aber eben auch an Batteriespannung und aktuellem Lade-Programm im Solarladeregler. Da die Batterie nicht überladen, sondern möglichst schonend geladen werden soll, kann es passieren, dass ein Regler auch am hellichten Mittag schon "zu" macht, obwohl die Batterie noch nicht "randvoll" ist. Realistische, gute Werte liegen um 70%, also z.B. 70 W bei einem 100 Wp-Modul. Angezeigt werden dann bei 13 V Spannung ca. 5,4 A Strom. 
 
Zu fast jedem Modul erhält man heutzutage Datenblätter 
(siehe unsere PDF-Links bei den jeweiligen Modulen) 
Im Normalfall enthalten diese Daten richtige Angaben, man muss aber schon auf eine übereinstimmende Modulbezeichung achten, also Marke XY 180 reicht nicht aus! Je nach unterschiedlicher Bezeichnung können die Daten (vor allem die Elektrischen) abweichen.
Die weiteren Text-Angaben auf diesen Modul-Datenblättern sind absolut zweitrangig. Kein Anbieter wird negatives schreiben wie: "durchschnittliches, lichtschwaches Modul mit schlechten elektrischen Eigenschaften, zu hohes Gewicht, schneller Leistungsabfall, kurze Lebensdauer, schlechte Anschlussdose, billiger Rahmen, hässliche Optik" - Nein, man liest bei allen genau das Gegenteil: "hoher Wirkungsgrad, optimierte Leistung, tolles Design, geringes Gewicht, leichter Anschluss, lange Lebensdauer, stabiler Rahmen, speziell für netzgekoppelte Anlagen, Hightech, u.s.w." 
Das ist leider nur Standard-Blabla, entscheidend sind ganz alleine die Daten! 
 
Die Energie-Rücklaufzeiten von Solarmodulen haben sich in den letzten Jahren erheblich verkürzt. Sie liegen heutzutage, je nach Technik, Material, Hersteller und auch abhängig von den Standort-Bedingungen(!), in der Regel bei 1 bis 3 Jahren. Evergreen hatte vor Jahren mit seiner StringRibbon-Technik, die in Deutschland von Sovello fortgeführt wurde, sogar Zeiten von knapp unter einem Jahr erreicht. Nachvollziehbar ist diese Entwicklung durch die gesteigerten Wirkungsgrade, trotz geringeren Materialeinsatzes (Module sind heute viel leichter als früher, wegen schmaleren Rahmen). Der Trend geht aber weiter. Nicht vergessen darf man dabei auch, dass sich die meisten Materialien sehr einfach trennen und wieder verwenden lassen. Siehe auch Sinnloses, Halbwahrheiten und Lügen

Garantien und Toleranzen von Solarmodulen

Für alle Module gibt es unterschiedliche fertigungsbedingte Leistungs-Toleranzen (+/- 0 bis 10%) und Leistungsgarantien (3 - 26 Jahre auf 70 - 90% der Nennleistung). Während ersteres nicht unerheblich ist (wer will schon für weniger Leistung mehr bezahlen müssen?), ist letzteres mehr ein Werbegag. In den Neunziger Jahren waren 10 Jahre Leistungsgarantie üblich, doch dann überboten die Hersteller sich gegenseitig um ein paar Jahre, steigerten dies (bis auf eine Ausnahme) auf 25 Jahre und schränkten u.U. gleichzeitig die Haftung ein. Heute haben Einige diese Garantie wieder auf 20 Jahre reduziert.
 
Fakt ist: aufgrund kaum vorhandener Verschleißteile gibt es eigentlich keinen Grund, warum ein gut gefertigtes Modul in 30 - 40 Jahren nicht immer noch eine Menge Strom produzieren soll. Sicher nimmt die Leistung aufgrund Alterung, Verschmutzung und Kratzern auf der Oberfläche ab, aber arbeiten werden sie immer. Das wollen manche Kunden nicht glauben, denn "es fehle die Erfahrung". Bei anderen Anbietern mag dies vielleicht stimmen, doch wir haben nicht nur 1988 unser erstes Solarex-Modul installiert, sondern bereits viele Module im Einsatz die schon über 15 Jahre auf dem Buckel haben und damals war die Qualität wirklich noch nicht so gut wie heute. In Deutschland gibt es nicht nur kleine, sondern auch zahlreiche Groß-Anlagen, die jetzt ca. 25 Jahre alt sind und diese bringen immer noch ähnliche Erträge wie damals.
 
Aufgrund der gesetzlichen Änderung liegt die Produktgarantie (Gewährleistung) in Deutschland jetzt bei mindestens 2 Jahren, Viele geben 5 und Manche sogar 15 Jahre. 
 
Aber was nutzt die längste Garantie, wenn der Hersteller/Verkäufer nach ein paar Jahren nicht mehr da ist?... 
Dieser Satz steht bei uns schon seit 15 Jahren und war anfangs eher provokativ gemeint. Aber die Erfahrungen nach Fukushima, als in wenigen Jahren mehr als die Hälfte der Solarmodul-Hersteller, Großhändler und auch Installateure in Konkurs ging, gaben uns mehr als nur Recht - leider....
 
Die Höhe, bzw. Länge einer solchen Angabe kann man unterschiedlich betrachten: einerseits macht es einen tollen Eindruck wenn ein Hersteller solche Garantien gibt ("lebenslang"). Andererseits wird manchmal auch zu Recht argumentiert, dass nur Derjenige, der "es nötig hat", mit solchen unüberschaubaren Zeiträumen arbeiten muss und qualitativ hochwertige Hersteller bei ihren "kleinen Garantiezeiten" bleiben und dennoch sicher sind, dass die Module in 5 oder 10 Jahren keinen Ärger bereiten. Dazu gehören z.B. die beiden japanischen Marken-Hersteller Panasonic und Sharp.
 
Früher lagen die fertigungsbedingten Toleranzen nicht unbedingt höher, aber man verkaufte ein Modul nur unter einem Namen mit einer Leistungsabgabe. Heute machen sich viele die Mühe, prüfen die Module genauer (mit Flasher) und verkaufen sie in unterschiedlichen Leistungsgrößen z.T. zu angepassten Watt-Preisen (siehe oben). Dadurch sind die angegebenen Toleranzen meist gesunken. Eine angegebene Toleranz von +/- 5% ist sicherlich akzeptabel, aber die meisten seriösen Hersteller liegen heutzutage eher um die tatsächliche Nennleistung herum und geben daher für Ihre Module "- 0" an, die dann auch tatsächlich ohne Minus-Toleranz gefertigt werden. Dauerhaft ist das für eine ganze Serie oft aber nicht zu realisieren, weil zeitweise das Vormaterial (Zellen) von verschiedenen Zulieferern zugekauft wird. Daher wird z.B. ein 250 Watt-Modul oft mit 245, 250 und 255 verkauft, mit kleinen Preis-Unterschieden
 
Bei Kleinmodulen aus dem Freizeitbereich muss man sich dagegen häufig noch mit +/-10% abfinden und eher mit dem Minuswert rechnen. 
 
Wird ein Modul über verschiedene OEM-Markenvertreiber angeboten, werden z.T. unterschiedliche Leistungen, Toleranzen und Garantiezeiten zu unterschiedlichen Preisen verkauft. Hier muss man genau aufpassen. Schon häufiger sahen wir im Netz einen Anbieter mit Typ X 90 Wp-Modulen und darunter der kleine Vermerk "85 Wp". 
 
Viele kaufen oder verkaufen nur nach Wirkungsgrad. 
Hier wird jedoch viel Blödsinn erzählt. Ein Wirkungsgrad gibt nur an, wie viel Prozent der auf dieser Fläche eingestrahlten Sonnen-Energie in Strom umgewandelt werden kann. Gerne wird dann der Zell-Wirkungsgrad genannt, der heute über 30% (im Labor) erreichen kann. Die Zellen von Standardmodulen kommen bisher auf allerhöchstens 22%, sehr gut sind schon 17%. Dann müssen diese Zellen jedoch mit einem bestimmten Abstand zu einem Modul zusammen geschaltet, die Toleranz berücksichtigt werden und sie bekommen einen Rahmen. Dieser Modul-Wirkungsgrad liegt dann "nur noch" höchstens bei knapp über 20%! Die Masse der Module (egal ob poly oder mono) haben somit meist 12 -16%. Amorphe oder andere Modul-Sonderanfertigungen liegen zwischen 6 und 12%.

Diese Module sind aber grundsätzlich nicht schlechter, sondern benötigen einfach nur mehr Platz für die gleiche Leistung, sowie es auch Motoren gibt die klein und dennoch leistungsstark sind und andere sind halt größer. Um hier die Werte zu verbessern, arbeiten die meisten Hersteller an neuen Schmelz- , Säge- und Anordnungsverfahren. Wo früher Lücken waren, liegen heute meist Zellen. Um es noch einmal klar zu machen: manches Modul hat heute evtl. sogar einen geringeren Wirkungsgrad als vor ein paar Jahren, nur weil der Hersteller jetzt einen stärkeren, dickeren Rahmen nimmt und somit der Platzbedarf größer ist - dafür gibt es aber auch mehr Stabilität! 
 
Das bedeutet: wo 100 Watt drauf steht, sind auch normalerweise 100 Watt drin - außer bei Billigfirmen. Deshalb ist also ein wirkungsgradstärkeres Modul mit der gleichen Nennleistung erst einmal nicht besser, als ein anderes. Wer z.B. nur diese 100 W benötigt und genug Platz hat, kommt somit u.U. mit einem günstigeren Modul besser weg. Auf der anderen Seite muss man natürlich sagen, dass gerade die sehr wirkungsgradstarken Module von (früher BP- Saturn, Sanyo, heute Panasonic und BenQ) bei den tatsächlichen Tages- oder Jahreserträgen meist die Nase vorn haben. Dies liegt an der Lichtempfindlichkeit der verwendeten Zellen, Plus-Toleranzen, geringem Temperatur-Koeffizient und evtl. Rückseiten-Erträge - auch bei nicht so optimalen Bedingungen. 
 
Wer besonderen Wert auf Garantien und Sicherheiten legt und dann doch ein "Chop Suey"-Modul über "Elektro-Billigheimer" bei "Solar-Container-Consult Ltd." kauft, hat irgend etwas nicht richtig verstanden... 



 
Leistung eines Solarmodules