Haustech 3/2019

Wie verlässlich produzieren 
PV-Anlagen?

Schweizweite Verteilung der untersuchten Solaranlagen. Ein gelber Punkt entspricht einer Anlage. (Grafik: TNC Consulting)
Thomas Vontobel * /

Trotz andauernder Debatte über Verlässlichkeit und Wirtschaftlichkeit von Solarstrom gibt es kaum statistisch relevante Untersuchungen zur Performance. Erstmals wurden rund 1700 Schweizer PV-Anlagen aus der KEV im Zeitraum 2009 bis 2016 systematisch analysiert. Erste Auswertungen zeigen eine erfreuliche Bilanz.

Einzelne Photovoltaik-Anlagen werden in der Schweiz bereits genau vermessen und analysiert, um die Funktionstüchtigkeit zu überwachen. Die Resultate sind aber standort- und an-
lagespezifisch und daher nicht verallgemeinerbar.

Im Rahmen einer landesweiten Studie im Auftrag von EnergieSchweiz hat das Beratungsunternehmen TNC Consulting AG eine Mess- und Analysemethode entwickelt, welche Stromertrag und gemessene Solarstrahlung für eine grosse Anzahl von PV-Anlagen aus der gesamten Schweiz halbautomatisiert zusammenführt und auswertet. Damit werden nun erstmals statistisch aussagekräftige Erkenntnisse bezüglich Performance und Ertrag möglich. Interessante weiterführende Fragen betreffend Winteranteil, Alterung und geografische Unterschiede können beantwortet werden. Die bislang ausgewerteten PV-Stromproduktions-
daten von rund 1700 Anlagen mit rund 206,8 MWp aus allen Schweizer Kantonen stammen vom Förderprogramm KEV (kostendeckende Einspeisevergütung) des Bundesamts für Energie (BFE).

Die Produktionsdaten werden über die nationale Netzgesellschaft Pronovo (ehemals Swissgrid) bezogen und stellen insgesamt rund zwölf Prozent des Schweizer Photovoltaikstroms dar (Referenzjahr: 2016).

Performance Ratio als Indikator

Die Performance Ratio (PR) einer Photovoltaikanlage zeigt den Nutzungs- und Effizienzgrad der Anlage auf. Anhand einer Zahl zwischen 0 und 1 wird das Verhältnis zwischen dem effektiven Ertrag (YF) und dem potenziellen Referenzertrag (YR) angegeben (PR = YF/YR) und dient so bei der Bewertung einer Anlage als wichtiger Qualitätsindikator. Für seine Berechnung werden neben den Stromproduktions-
daten der Anlage auch die Angaben zur standortspezifischen Solareinstrahlung benötigt, um den potenziellen Referenz-
ertrag zu berechnen. Die PR bewertet also unter Berücksichtigung der effektiven Sonneneinstrahlung, wie effizient die PV-Anlage Energie produziert. Als eine zufriedenstellende bis gute PR gilt ein Wert zwischen 0,65 und 0,8.

Vielzahl von Einflussfaktoren

Die Auswertungen für die untersuchten Schweizer PV-Anlagen ergeben für den bislang analysierten Zeitraum von 2009 bis 2016 eine mittlere PR von leicht mehr als 0,75, was insgesamt einem guten Resultat entspricht. In der Häufigkeitsverteilung sind keine Auffälligkeiten betreffend PV-Anlagen mit besonders niedriger PR erkennbar, was auf systematische Probleme hindeuten würde.

Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst die Betriebstüchtigkeit von Solaranlagen. So können beispielsweise Alter und Technologiestand der Anlagenkomponenten, Ausfälle und die Regelmässigkeit und Qualität der Wartung die Performance einer Anlage massgeblich beeinflussen. Um das gesamtschweizerische Resultat der mittleren PR von 0,75 genauer einordnen zu können, müssen diese einzelnen Faktoren zukünftig detaillierter auf statistisch relevanter Basis untersucht werden.
Die bisherigen Auswertungen zeigen, dass z. B. der in der Schweiz angenommene typische Ertrag von 950 kWh/kWp im ermittelten Durchschnitt mit 1015 kWh/kWp höher ausfällt.

Geringe Degradationseffekte

Ein wichtiges Ziel der neu entwickelten Methodik neben der Beurteilung der Performance ist es, vertiefte Erkenntnisse bezüglich Degradationseffekten über die Laufzeit von PV-Anlagen zu gewinnen, um damit zu einer proaktiven und sich laufend verbessernden Qualitätssicherung von Solaranlagen beizutragen. Auswertungen bezüglich Degradations-
effekten sind von hoher Wichtigkeit für die Modellierung des Ertrags und von Wirtschaftlichkeitsberechnungen von PV-Anlagen über ihre gesamte Lebensdauer.

Die erfolgten Auswertungen der Studie über eine Zeitperiode von sieben Jahren zeigen, dass die Degradationen mit 0,2 bis 0,3 Prozent pro Jahr deutlich geringer sind, als anhand von z. B. Modul-Garantie-
bedingungen (rund –1 Prozent pro Jahr) anzunehmen wäre. Die wichtige Frage, ob PV-Anlagen im Verlauf ihrer Lebensdauer eine graduelle Performance-Degradation durchlaufen oder die Degradation vielmehr überproportional gegen Ende der
Lebensdauer zunimmt, kann noch nicht abschliessend beantwortet werden. Für diese Erkenntnis sind eine Weiterführung der Studie und damit langfristige Auswertungen über die gesamte Lebensdauer angezeigt.

Die Studie zeigt ebenfalls, dass sich die durchschnittliche aggregierte PR mit den Fortschritten in der Photovoltaik-Technologie laufend verbessert. Die Entwicklung der Performance von neuen PV-Anlagen kann anhand der hier verwendeten Methodologie quantifiziert und somit auch für Modelle und Zukunftsprognosen verwendet werden. Für den untersuchten Zeitraum wurde eine Performance-Steigerung von 0,36 Prozent pro Jahr nachgewiesen, welche auf Fortschritte in der Technologie der jährlich neu erfassten PV-Anlagen zurückzuführen ist.

Regionale Unterschiede

Performance-Unterschiede in den verschiedenen Landesregionen der Schweiz sind in der Tendenz erkennbar. Während die untersuchten PV-Anlagen in der französisch- und italienischsprachigen Schweiz einen leicht höheren spezifischen Produktionsertrag aufweisen, liegen ihre PR-Werte leicht unter jenen der deutschsprachigen Schweiz.

Die Unterschiede sind nicht stark ausgeprägt, dennoch stellt sich die Frage nach ihren Ursachen: Mögliche Gründe könnten in Qualitätsunterschieden im Bereich der Planung, Installations- und Betriebsqualität liegen, da davon ausgegangen werden kann, dass identische technische Komponenten (von internationalen Herstellern) verwendet werden. Um jedoch die tatsächlichen Ursachen für die erkennbaren regionalen Unterschiede zu finden, wären weiterführende technische sowie soziokulturelle Faktoren zu prüfen.

Mehr Winterstrom in den Alpen

Der Winteranteil des produzierten Solarstroms (von Oktober bis März) beträgt schweizweit in der ausgewerteten Zeit-
periode von 2009 bis 2016 je nach Jahr zwischen 25 und 31 Prozent des spezifischen Jahresertrags. Die zusätzliche Analyse der geografischen Verteilung für Mittellandkantone einerseits und die Alpenregion andererseits zeigen nur leichte Abweichungen: Der Anteil Winterstrom bei Mittellandkantonen liegt bei 24 bis 30 Prozent und bei Kantonen des Alpenraums bei 27 bis 31 Prozent. Der höhere Winterstromanteil in den Alpen ist primär auf die intensivere Sonneneinstrahlung zurückzuführen. Bei den untersuchten PV-Anlagen aus der KEV handelt es sich grösstenteils nicht um «alpine» PV-Anlagen. Für solche Anlagen wie z. B. PV-Anlagen auf Lawinenverbauungen kann von einem weitaus höheren Winterstromanteil ausgegangen werden.

Die Analyse zeigt aber auch, wie sich besonders schneereiche und kalte Wintermonate negativ auf Gesamtperformance und -Ertrag des Schweizer Anlageparks auswirken: Wenn grosse Schneemengen bei niedrigen Temperaturen über längere Zeitperioden auf tendenziell flach angewinkelten Solarmodulen liegenbleiben, produzieren die Anlagen trotz möglicherweise hoher Sonneneinstrahlung wenig Strom. Diese Einbussen können generell durch einen steileren Neigungswinkel der Module oder durch intensive Wartung während der schneereichen Periode verringert oder gar verhindert werden. In Alpenregionen tragen steilere Neigungswinkel ebenfalls zu einem höheren Solarertrag und Winterstromanteil bei.

Weiterführung der Studie notwendig

Die breit abgestützten Resultate der Studie weisen auf erfreuliche Resultate für die Schweizer PV-Stromproduktion hin. Eine Weiterführung der Studie mit Verlängerung der Zeitreihe (und somit längerem Anlagenbetrieb für die Jahre nach 2016) ist aber notwendig, um robuste Aussagen für die gesamte Lebensdauer von Solaranlagen machen zu können. Auch die gefundenen Resultate wie beispielsweise der durchschnittliche spezifische Ertrag sollten anhand einer Erweiterung der Datenbasis mit neuen PV-Anlagen beobachtet werden. Schliesslich weist vieles darauf hin, dass nebst zuverlässigen Komponenten gut geschulte Anlagebetreiber, ein zeitnahes Monitoring und zuverlässige Anlagewartung entscheidende Erfolgsfaktoren für eine gute Performance und somit hohe Solarstromerträge sind.

* Thomas Vontobel, TNC Consulting AG, im Auftrag von Energieschweiz