PV-Reinigung: Lohnt sich der Aufwand?
Normale Dächer benötigen selten eine Reinigung. Wie sieht die Situation aber auf einem mit PV-Modulen bestückten Dach aus? Lohnt sich der Aufwand oder ist es vergebliche Mühe? Die HSLU hat nachgeforscht.
Immer wieder taucht die Frage auf, ob eine Reinigung von Fotovoltaik-Anlagen notwendig oder sinnvoll ist. Das Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE der Hochschule Luzern (HSLU) hat sich der Sache angenommen und im Rahmen einer Bachelor-Thesis unter der Leitung von Professor Roger Buser, Dozent und Forschungsleiter, und dem angehenden Gebäudetechnikingenieur Daniel Fernandes, untersucht, wie stark der Einfluss von verschmutzten Solarpanelen auf den Ertrag wirklich ist. Bisherige Studien zeigten meist, dass eine Reinigung höchstens einige Prozent an Mehrertrag bringt und demzufolge nicht wirtschaftlich sei. Erfahrungen aus der Praxis haben jedoch aufgezeigt, dass auch Fälle extremer Verschmutzungen auftreten können, welche frappante Minderleistungen in der Energieproduktion mit sich ziehen können.
Ausgangslage
Nach umfangreichen Recherchen und Analysen daraus beschloss das Team der HSLU, Versuche an bestehenden Anlagen durchzuführen, um die Entstehung und Auswirkungen der Verschmutzung besser zu verstehen. So konnte die Energieeffizienz ermittelt und die Wirtschaftlichkeit einer Reinigung berechnet werden, um sie auch in einem grösseren Zusammenhang zu bewerten.
Aufgrund der Recherchen hat sich das Projektteam bei den Praxisdurchführungen vor allem auf PV-Anlagen mit einer Neigung von weniger als 15° beschränkt. Bei steileren Neigungswinkeln erfolgt in unseren regenreichen Regionen normalerweise eine ausreichende Selbstreinigung, um keine bedeutenden Ablagerungen zu bilden. Die vorhandenen, meist nicht sehr umfangreichen Studien, sind meistens von Steildächern als Grundlage ausgegangen. In den letzten Jahren sind aber Flachdachanlagen mit einer Ost-/West-Ausrichtung, welche üblicherweise mit einem Neigungswinkel von 5 bis 15° erstellt werden, praktisch zum Standard geworden. Da diese Anlagen amortisationstechnisch stark von den Energieproduktionen abhängig sind, wirkt sich eine Minderleistung schnell frappant aus.
Messungen schaffen Klarheit
Mehrere Anlagen wurden ausgewählt, gemessen, gereinigt und ausgewertet. Die Quintessenz der Messungen hat aufgezeigt, dass eine Reinigung Leistungssteigerungen von bis zu 50 Prozent bringen kann. Allerdings wiesen nicht alle Anlagen diese grosse Spanne auf. Im Schnitt betrug die Reduktionen der Anlagen circa 20 Prozent, was sich ebenfalls erheblich auf den Jahresertrag auswirken kann.
Diverse Ursachen
Die Ursachenforschung für die Verschmutzung war umfangreich, so wurde beispielsweise auch das Nationale Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe (NABEL) für die Analyse zugezogen, um die Umgebungsbedingungen wie Luftverschmutzungen sowie auch alle möglichen anderen Arten der Verschmutzungsmöglichkeiten in Betracht zu ziehen. Dabei wurde festgestellt, dass die Verschmutzungen nicht alleine von der geologischen Situation abhängig sind, sondern auch von den Betriebsbedingungen in der Nähe. Dabei kann es sich um eine Zuglinie, einen Helikopterlandeplatz, eine Haus-Entlüftung oder auch eine simple Baustelle handeln. Eigene Laboruntersuchungen der Partikel haben gezeigt, dass die Art der Verschmutzung aus sehr vielen Komponenten besteht und je nach Standort sehr unterschiedlich ist. Die Zusammensetzung spielt dabei ebenfalls eine Rolle.
Vorsicht bei der Reinigung
Um Aussagen über die beste Art der Reinigung zu wagen, wurden eigene Module verschiedensten Reinigungsarten unterzogen und ausgewertet. Hier zeigte sich, dass die Art und Weise tatsächlich verheerende Folgen haben kann und dazu eine erfahrene Firma, wie beispielsweise die Partnerfirma des Projekts, die Freywerk GmbH, damit beauftragt werden sollte. Bei unsachgemässer Handhabung können Module schon nach dem ersten Putzvorgang bleibende Schäden davontragen. Da bei hartnäckigen Verschmutzungen eine einfache Reinigung nicht ausreichend ist, bedarf es zudem spezialisierter Geräte, um die Reinigung effektiv, aber auch schonend durchzuführen. Eine Alternative bieten hier Reinigungsroboter. Noch sind aber nur wenige solcher am Markt. Diese sind zudem eher hochpreisig und auch nur bedingt einsetzbar und wurden daher nicht berücksichtigt.
Wann sich eine Reinigung lohnt
Die Elastizität der Analysen haben verdeutlicht, dass externe Variablen wie Energietarife und die Gewichtung von Verkauf und Eigenverbrauch die ökonomische Rentabilität beeinflussen. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit einer individualisierten Betrachtung. Die getroffenen Annahmen ergaben eine Rentabilität einer Reinigung, sofern die Minderleistungen circa 10 Prozent übersteigen. Beim Vergleich mit einer Roboterreinigung, vor allem bei grossen Anlagen (über 200 kW) und bei häufiger Verschmutzung, ist die Rentabilität für eine automatisierte Reinigung gemäss den Annahmen der HSLU aber gegeben.
Fazit
Da die HSLU nur vier Anlagen einer Untersuchung einbeziehen konnte und diese unterschiedlichster Grösse waren, ist ein Fazit nur beschränkt repräsentativ. Dennoch konnte klar aufgezeigt werden, dass eine Reinigung von PV-Modulen durchaus Sinn ergeben kann, insbesondere bei Anlagen mit flachen Neigungswinkeln. Der Verschmutzungsgrad ist nicht nur vom Neigungswinkel, sondern zusätzlich von vielen anderen Faktoren abhängig. Erfahrene Planer und Solarteure wissen, dass der Ort der PV-Installation mit der Höhe, der Verschattung und der Ausrichtung einen entscheidenden Output der Energie generiert und berücksichtigen dies auch in der Offerte und Energievorhersagen.
Aufgrund dieser vielen Einflussfaktoren hat die HSLU eine Grafik erstellt, welche helfen kann, eine mögliche Reinigung einzuleiten oder nicht. Dies beinhaltet die Bewirtschaftung und die Wahl der Reinigungsmethode. Die Grösse der Anlage und insbesondere die möglichen Energieeinbussen sind dazu ausschlaggebende Faktoren.
