Welche Rolle spielt die Temperatur einer Photovoltaikanlage?
Die Temperatur ist ein entscheidender Faktor bei der Leistungsfähigkeit eines Moduls. Dabei kann sie sich sowohl positiv als auch negativ auswirken. Allgemein gilt je kälter desto besser und je wärmer desto schlechter für das Modul. Man muss jedoch beachten, dass die Temperatur nicht uneingeschränkt verändert werden kann. Für alle Module sind Herstellerseitig Betriebsgrenzen angegeben, die weder über- noch unterschritten werden sollten. Diese befinden sich meist zwischen -40 und +90°C. Außerhalb dieses Bereiches kann die Funktionalität des Moduls nicht mehr gewährleistet werden.
In den beiden nebenstehenden Grafiken ist das Temperaturverhalten eines modernen handelsüblichen Moduls dargestellt. In der ersten Abbildung ist deutlich zu sehen, dass mit steigender Temperatur die Leerlaufspannung sinkt. Der Strom hingegen steigt nur sehr geringfügig. Da sich die Leistung aus dem Produkt von Spannung und Strom berechnet, wird sie schlussendlich sinken.
Den genauen Zusammenhang zwischen Temperatur und Leistung stellt die zweite Abbildung dar. Die im Handel angegebene Leistungsfähigkeit eines Moduls von Beispielsweise 280Wp wird bei einer Einstrahlung von 1000w/m² und einer Modultemperatur von 25°C erreicht. Bei gleicher Einstrahlung und niedrigerer Temperatur können also sogar höhere Leistungen erreicht werden. Größere Temperaturen sorgen hingegen für eine Leistungsminderung. Bei einer Modultemperatur von 60°C werden nur 80% der Leistung erreicht. Das ergibt einen Wert von 224W. Für ältere Module sind sogar noch größere Leistungsverluste zu erwarten.
Welche Ursachen gibt es für die Erwärmung des Moduls?
Natürlich spielt die Außentemperatur eine große Rolle. Im Zusammenspiel mit Wind und einer guten Hinterlüftung, kann eine übermäßige Erhitzung vermieden werden. Besonders wichtig wird die Hinterlüftung bei Indach Anlagen. Der Abstand zwischen Dachhaut und Modul ist sehr gering, daher kann es zu einem Wärmestau hinter dem Modul kommen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Eigenerwärmung des Moduls. Da es zu einem stetigen Stromfluss kommt und auch ein PV-Modul einen Widerstand besitzt, wird Leistung in Form von Wärme umgesetzt. Der Hersteller gibt daher im Datenblatt des Produkts die nominelle Zellenbetriebstemperatur (NOCT) an. Sie beschreibt die Eigenerwärmung des Moduls bei einer Außentemperatur von 20°C, einer Windgeschwindigkeit von 1m/s und einer Einstrahlung von 800W/m². Bei dem von uns ausgewählten Modul beträgt der NOCT ca. 46°C. Mit Hilfe von diesem Wert kann nun die Modultemperatur bei beliebigen Umgebungsverhältnissen berechnet werden. Dazu benötigen wir folgende Formel:
In Deutschland beträgt die momentane Einstrahlung an einem wolkenlosen Sommertag ca. 900 W/m². Bei leichter Bewölkung können durch reflektierte Strahlung sogar Werte von über 1000 W/m² erreicht werden. Bei sehr schlechtem Wetter hingegen kann der Wert sogar unter 100 W/m² sinken. Das bisher besprochene temperaturverhalten bezieht sich lediglich auf kristalline Module. Die Leistungsfähigkeit von Dünnschichtmodulen ist weniger abhängig von Temperaturveränderungen. Daher werden für Solarparks in den heißesten Gegenden der Erde oft Dünnschichtmodule genutzt.