Forscher der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) haben Daten aus 16 Jahren von über einer Million Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von 34 Gigawatt in Deutschland analysiert und festgestellt, dass die überwiegende Mehrheit der Anlagen die Erwartungen hinsichtlich ihrer Lebensdauer übertrifft.
„Die Solarbranche wächst schnell und altert besser, als viele gedacht haben“, sagte der korrespondierende Autor der Studie, Diego Prieto Melo, gegenüber dem pv magazine. „Bei der Untersuchung von mehr als einer Million realer Photovoltaik-Anlagen haben wir festgestellt, dass der Ertrag im Durchschnitt um etwa 0,59 Prozent pro Jahr abnimmt, was unter vielen früheren Annahmen liegt.“
„Was unsere Studie auszeichnet, ist ihr Umfang. Frühere Arbeiten untersuchten Tausende von Modulen, doch hier konnten wir 1,25 Millionen Anlagen bundesweit über einen Zeitraum von bis zu 16 aufeinanderfolgenden Jahren verfolgen. Das ermöglicht sowohl eine genauere Bewertung als auch ein Verständnis dafür, welche Umweltfaktoren zur Alterung beitragen“, fuhr er fort. „Dies ist ein positives Ergebnis für die Solarbranche, von Haushalten, die Anlagen gekauft haben, bis hin zu Investoren von Megaprojekten. Geringerer Leistungsabfall bedeutet höhere Erträge und Einnahmen über die gesamte Lebensdauer eines Projekts.“
Peitro Melo erklärte außerdem, dass die Daten zeigten, dass der Leistungsabfall nicht nur vom Alter abhängt. Extreme Hitze, Frost und Luftverschmutzung haben alle einen messbaren Einfluss auf die Leistung. Insbesondere die sinkende Luftverschmutzung in Deutschland hat in den letzten Jahren zu höheren Energieerträgen bei Photovoltaik-Anlagen geführt, was wir von Klimaschwankungen und altersbedingten Effekten unterscheiden können.
„Wir haben außerdem festgestellt, dass größere Anlagen tendenziell schneller an Leistung verlieren als kleinere. Das ist wichtig, da es darauf hindeutet, dass Photovoltaik-Großanlagen nicht einfach als vergrößerte Version von Dachsolaranlagen betrachtet werden können. Zuverlässigkeit und Wartungsstrategien haben messbar unterschiedliche Auswirkungen auf die Ergebnisse“, betonte er.
Der Datensatz enthielt detaillierte Informationen zu Energieerzeugung, installierter Leistung, Neigung, Azimut und Standort. Der Systemwirkungsgrad im Zeitverlauf wurde anhand von Leistungsquotienten (performance ratio, PR) gemessen, die gemäß IEC-Normen berechnet wurden. Der spezifische Ertrag wurde aus der Energieabgabe geteilt durch die Nennleistung abgeleitet, während der Referenzertrag auf der einfallenden Sonneneinstrahlung basierte.
Die jährlichen Produktionsdaten wurden von deutschen Netzbetreibern bezogen und auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüft. Es wurden nur Einzelanlagen berücksichtigt, um Komplikationen durch Kapazitätsänderungen in Mehrfachanlagen zu vermeiden. Die Daten zur Sonneneinstrahlung stammten vom Copernicus Atmosphere Monitoring Service mit stündlicher Auflösung für jede Postleitzahl. Die PR-Werte wurden unter Verwendung von minimalen, mittleren und maximalen Neigungswinkeln berechnet, und die normalisierten Leistungsquoten wurden unter Verwendung des ersten Betriebsjahres als Benchmark ermittelt.
Die Leistungsabfallraten wurden mithilfe einer Panelregression mit festen Effekten auf den normalisierten Leistungsquotienten geschätzt, wodurch der durchschnittliche jährliche Wirkungsgradverlust erfasst wurde. Die Analyse konzentrierte sich auf vier Schlüsselvariablen: Hitzetage, Frosttage, Niederschlag und Luftverschmutzung. Hitzetage, definiert als Tage mit Temperaturen über 30 Grad Celsius, können den Wirkungsgrad von Photovoltaik-Anlagen verringern, während Frosttage, definiert als Tage mit Temperaturen unter null Grad Celsius, unter extremen Bedingungen zu mechanischer Beanspruchung oder Delamination führen können. Niederschlag hat gemischte Auswirkungen: Er kann die Module kühlen und Staub entfernen, aber je nach Einfallswinkel auch das Licht streuen und den Wirkungsgrad verringern. Luftverschmutzung beeinträchtigt die Leistung durch die Ansammlung von Feinstaub und Staub auf den Solarmodulen.
Die Untersuchung ergab eine jährliche Leistungsminderung von 0,52 bis 0,61 Prozent, was etwa der Hälfte des in früheren Studien angegebenen Durchschnitts entspricht, wobei ältere Module einen langsameren schrittweisen Leistungsabfall aufweisen. Eine geringere Leistungsminderung verbessert die Rentabilität des Projekts und senkt die Stromgestehungskosten um 4,8 Prozent im Vergleich zu früheren Annahmen. Umweltfaktoren wie Hitze, Frost und Luftverschmutzung hatten den stärksten Einfluss, während Niederschläge nur minimale Auswirkungen zeigten. Wechselwirkungen zwischen Alter und Umwelt deuten darauf hin, dass sich die Hitzebelastung mit zunehmendem Alter verschlimmert, während die Auswirkungen von Frost und Verschmutzung im Laufe der Zeit abnehmen. Es zeigte sich zudem, dass kleinere Anlagen weniger stark degradieren als größere Systeme, was mit höheren Ausfallrisiken bei Zentralwechselrichtern und komplexen Konfigurationen im Einklang steht.
„Insgesamt untermauern unsere Ergebnisse die Zuverlässigkeit, Rentabilität und langfristige Tragfähigkeit von Photovoltaik-Anlagen und stärken das Vertrauen in die solargetriebene Energiewende“, schloss Pietro Melo.
Die Forschungsergebnisse sind in dem Artikel „From shine to decline: Degradation of over 1 million solar photovoltaic systems in Germany“ nachzulesen, der in Energy Economics veröffentlicht wurde.
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