Machbarkeitsstudien

Studien zum Wirkungsgrad: Ist eine Performance Ratio von mehr als 90 Prozent machbar?

Kommerzielles PV-Kraftwerk in Raunheim
© Foto Fraunhofer ISE

Kommerzielles PV-Kraftwerk in Raunheim, 1 MWp, Inbetriebnahme 2011.

Das Fraunhofer ISE vermisst im Rahmen des PV-Qualitätszirkels seit vielen Jahren kommerzielle PV-Kraftwerke. Dabei beobachten wir immer noch langsam aber stetig steigende Gesamtnutzungsgrade. Dies legt die Frage nahe, wie weit sich die Qualität von PV-Anlagen noch steigern lässt – wo liegt die Grenze für den Anlagenwirkungsgrad?

Die „Performance Ratio” (PR) dient seit langem als Effizienzindikator und Qualitätsmaßstab für PV Kraftwerke. In fortlaufenden Untersuchungen vergleichen wir die PR von etwa 100 deutschen PV-Installationen der letzten Jahre mit denen von Anlagen aus den 1980er und 1990er Jahren. Dabei ist vorab zu definieren, welcher Einstrahlungswert in die PR-Bestimmung eingeht. Wird die Einstrahlung mit Pyranometern gemessen, ist die ermittelte PR (bezeichnet als PRPYR) mit der Angabe im Ertragsgutachten vergleichbar. Bei einer Einstrahlungsmessung mit Silizium-Referenzzellen errechnet sich der – dann mit PRSI bezeichnete – Gesamtnutzungsgrad systematisch um 2-4% höher.

Für die knapp 100 betrachteten Systeme wurden im Betriebsjahr 2010 jährliche PRSI-Werte zwischen etwa 70% und knapp 90% ermittelt, mit einem Median von etwa 84%. Die 90%-Marke für PRSI wird also noch knapp verfehlt. Simulationen der Verlustmechanismen der 10 besten Systeme zeigen in vielen Bereichen allerdings noch weitere, wenn auch geringe Optimierungspotentiale, wie zum Beispiel bei Wechselrichterwirkungsgraden, Verkabelungskonzepten sowie im Schwachlicht- und Temperaturverhalten der PV-Module oder bezüglich der sogenannten „Plustoleranzen“. Obwohl wir 2010 im Monitoring des Fraunhofer ISE noch keine Werte der PRSI oberhalb von 90% nachweisen können, erwarten wir für zukünftige Systeme – unter vergleichbaren Temperatur- und Einstrahlungsbedingungen – häufiger PRSI-Werte größer 90%, selbst mit bereits heute kommerziell erhältlichen Komponenten.

Mit bifacialen Modultechnologien sind Mehrerträge im Bereich von 10% - 20% in Abhängigkeit vom Systemdesign möglich. Dieser zusätzliche Ertrag ist üblicherweise nicht oder nur teilweise in der Nennleistung bifacialer Module enthalten, da diese meist nur in Bezug auf die Vorderseite bestimmt wird. Daher können bifaciale PV Systeme entsprechend höhere performance ratios von bis zu 105% erreichen, gegenüber von 80-90% für standard PV Systeme. (Für die Berechnung der Stromgestehungskosten muss dies berücksichtigt werden.)

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