Solar- und Photovoltaik-Anlagen: Reinigung mit vollentsalztem Wasser erhält die Leistung Immer spiegelblank – also immer effizient

Solar- und Photovoltaik-Anlagen: Reinigung mit vollentsalztem Wasser erhält die Leistung

Immer spiegelblank – also immer effizient

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Die Sonne scheint vom wolkenlosen Himmel. Das freut die Eigentümer von Solar- und Photovoltaik-Anlagen, denn jetzt erwirtschaften sie hohe Renditen. Vorausgesetzt, die Module sind sauber. Verschmutzungen können schon nach zwei Jahren über 10 % der Ausbeute kosten. Das lässt sich nur durch Reinigen verhindern – wobei aufbereitetes Wasser Kosten- und Umweltvorteile vor dem chemischen Reinigen bietet.
Dr. Steffen Orben Geschäftsführender Gesellschafter der Orben Wasseraufbereitung GmbH & Co. KG, Wiesbaden
Verschmutzungen, welcher Art auch immer, reduzieren allmählich den Energieertrag von Solar- und Photovoltaik-Anlagen. Ergebnisse mehrerer wissenschaftlicher Langzeitstudien des Fachbereichs Elektro- und Kommunikationstechnik der Berner Fachhochschule Technik und Informatik in Burgdorf/Schweiz sowie Erfahrungen des Europäischen Verbands für Solar- und Photovoltaikreinigung e.V. (EVSP) zeigen, dass sich der Solarstromertrag einer PV-Anlage durch die natürliche Umweltverschmutzung erheblich verringern kann. Hersteller der Anlagen heben stets die Selbstreinigungseffekte durch Wind, Regen und Schnee bei entsprechender Neigung des Panels in den Vordergrund. Tatsächlich reicht dieser Selbstreinigungseffekt häufig nicht aus. Eine spezielle Reinigung ist notwendig, da Wind und Regenwasser nur einen Teil der Verschmutzungen abspülen, dabei aber wiederum neue Partikel auftragen.
Verschmutzungen haben wirtschaftliche Folgen
Für die Verschmutzungen der Photovoltaik- und Solar-Anlagen gibt es viele Ursachen. Die Bandbreite reicht von Staub durch Verkehr, Bahn, Industrie, Landwirtschaft, Ruß oder fettige Küchenabluft in Restaurants über Pollen- und Kalkablagerungen, Flechten, Algen, Moose, Beschattung durch hohe Bäume bis zu Insekten und Vogelkot.
Nach zwei bis drei Jahren kann die Verschmutzung bereits einen Leistungsverlust von 3,1 bis 13,8 % und teils noch mehr verursachen, wie Prof. Dr. Heinrich Häberlin vom Fachbereich Elektro- und Kommunikationstechnik der Berner Fachhochschule in seinen Studien belegt. Darum ist die Reinigung von Solar- und Photovoltaik-Anlagen in regelmäßigen Abständen wirtschaftlich sinnvoll. Sie erhält den Wert der Investition und minimiert Ertragseinbußen.
Ob eine Reinigung erforderlich ist, zeigen ein Blick auf die Monatswerte eines kontinuierlich geführten Ertragsprotokolls, der Vergleich mit Vorjahreswerten, korrigiert um die Sonneneinstrahlung, sowie eine Leistungsmessung. Ist der Minderertrag erheblich höher als es die Leistungsgarantie bei intakter Anlage vorsieht, ist von einer Verschmutzung auszugehen. Wird der Zeitpunkt für eine Reinigung zu spät – nach zwei Jahren oder länger – gewählt, ist die Verschmutzung auf den Modulen bereits hartnäckig, hat sich verkrustet oder ist von der Sonne eingebrannt. Oft wachsen dann an den Modulrahmen bereits Algen, Moose und Flechten – abhängig von der Hauptverschmutzungsursache.
Viele Panel-Hersteller untersagen das Reinigen mit aggressiven Reinigungsmitteln. Bei einer professionellen Reinigung kommen auch keine Hochdruckreiniger zum Einsatz, um Dichtungen und Klebestellen nicht zu beschädigen. Um Spannungsrisse zu vermeiden, sollte das Wasser keine Temperaturunterschiede von über 20 °C zur Außenluft haben. Damit keine Kratzer an der Glasoberfläche beispielsweise durch Sandkörner entstehen, ist gründliches Einweichen und Vorspülen der Module wichtig.
Voll entsalztes Wasser reinigt schonend
Von entscheidender Bedeutung für den nachhaltigen Reinigungserfolg ist die Wasserqualität. Leitungswasser eignet sich nicht ohne weiteres für Solar- und Photovoltaikmodule. Insbesondere in Regionen mit hartem Wasser verbietet sich die Benutzung von unaufbereitetem Stadtwasser, weil Kalk und Salze nach dem Trocknen Streifen und Flecken hinterlassen. Hier sammelt sich vermehrt Schmutz an.
Der Einsatz aufbereiteten Wassers an Stelle chemischer Reinigungsmittel, wie wir es von der Orben Wasseraufbereitung GmbH & Co. KG empfehlen, erspart Kosten und entlastet die Umwelt. Reinstwasser enthält keinerlei Fremdstoffe wie Mineralstoffe, Magnesium oder Kalzium. Organische Verschmutzungen lösen sich dadurch besser als mit Leitungswasser. Fließt entmineralisiertes Wasser über eine Oberfläche, löst es alle vorhandenen Substanzen auf und hinterlässt nach gründlicher Spülung eine streifenfreie Oberfläche. Ein Abziehen und Trocknen der gereinigten Fläche ist nicht erforderlich.
Die Aufbereitung des Leitungswassers kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Das Wasser kann im Betrieb in einem Tank gesammelt oder mit mobilen Systemen vor Ort am Reinigungsobjekt erzeugt werden. Es stehen zwei Technologien zur Verfügung, zum einen das Umkehrosmose- und zum anderen das Ionenaustauscher-Verfahren.
Umkehr-Osmosen bieten sich bei einem sehr hohen Wasserbedarf an, so dass sich die im Vergleich zu einer Ionenaustauscher-Patrone um den Faktor drei bis vier höheren Investitionskosten amortisieren. Umkehr-Osmosen sollten permanent eingesetzt werden. Längere Stillstandszeiten, zum Beispiel außerhalb der Reinigungssaison, begünstigen Biofauling und eine Verblockung der hochwertigen Module. Um den Ausfall von Kalzium und Magnesium auszuschließen, sollte nicht an einer Voraufbereitung in Form einer Antiscalant-Dosierung oder einer Enthärtungsanlage, die Kalzium und Magnesium gegen Natrium tauscht, gespart werden. Es entsteht je nach Qualität des Systems eine Verlustwassermenge (Konzentrat) von circa 30 bis 60 %. Empfehlenswert kann auch die in manchen Systemen angebotene, nachgeschaltete Ionenaustauscher-Patrone sein, um den Restsalzgehalt zu entfernen.
Das alternative Prinzip sind Patronen, die ausschließlich mit Ionenaustauscher-Harz gefüllt sind. Diese Patronen sind der Umkehrosmose in der Entsalzungsleistung überlegen: Sie arbeiten stromlos, sind leicht zu handhaben und sofort einsatzfähig. Das Stadtwasser wird zu 100 % genutzt, Verlustwasser entsteht nicht. Die Patronen werden an den Wasserhahn angeschlossen und produzieren sofort vollentsalztes Wasser. Das Leitungswasser wird durch die Patronenfüllung geführt und durchströmt die Ionenaustauscher-Kunstharze. Dabei werden die elektrisch geladenen Ionen des Wassers (Salze) am Harz gebunden, das seinerseits gleichgeladene Ionen wieder abgibt.
Eine 40-l-Patrone stellt bei Leitungswasser mit 10° Deutscher Härte rund 5000 l vollentsalztes Wasser her. Ist die Kapazität der Ionenaustauscher-Patrone erreicht, kann sie von einem Regenerierservice entleert und mit frisch regeneriertem Harz neu befüllt werden. Die verbrauchten Harze werden gesammelt und in einer zentralen Regenerierstation wieder einsatzfähig gemacht. Dies ist unbegrenzt häufig möglich. Bei der Wahl eines solchen Regenerier-Dienstleisters sollte der Anlagenbetreiber auf folgende Kriterien Wert legen:
  • Kurzfristiger Service, der die Patrone fachgerecht in wenigen Minuten vor Ort neu befüllt
  • Kontrolliertes Handling durch einen Betrieb mit Chargenzertifikaten und Qualitätssicherung
  • Marktgerechte Konditionen
Dass sich das Reinigen lohnt, lässt sich leicht kalkulieren. Joachim Herborn, 2. Vorsitzender des EVSP: „Der Wasserverbrauch für ein Kilowatt Peak liegt bei rund zehn Litern. Plus 23 Cent für die Filterpatrone und 11,50 Euro Personalkosten pro kWp. Und bei regelmäßiger Reinigung reicht entmineralisiertes Wasser völlig aus.“
Einer Beispielkalkulation legen wir eine Photovoltaik-Dachanlage mit 160 kWp zugrunde, die bei einem Verschmutzungsgrad von 8 % mit Ionenaustauscher-Patronen gereinigt wird: Die Erlösverbesserung durch das Reinigen beträgt rund 4000 Euro, beim doppelten Verschmutzungsgrad erreicht sie sogar rund 9900 Euro.
Fazit
Der Leistungs- und Ertragsverlust bei leichter und mittlerer Oberflächenverschmutzung liegt durchschnittlich zwischen 8 und 16 %. Immer mehr Betreiber und Investoren stellen fest, dass die Reinigung von Solarmodulen notwendig ist, um Leistung und Ertrag zu erhalten. Die Verunreinigung der Moduloberfläche baut sich durch organische und anorganische Einflüsse schleichend aber progressiv auf und kann langfristig den Austausch von Modulen nötig machen. Professionelle Reinigungsverfahren mit entmineralisiertem Wasser bieten sich als umweltverträgliche, kostengünstige Lösung an. Stabiler Stromertrag und Profitsteigerung sind dafür gute kaufmännische Motive.
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