Die Schweiz verfügt über ein solides und stabiles Stromnetz. Dies soll auch in den kommenden Jahren so bleiben. Hierfür sind zuverlässige Stromproduzenten erforderlich. Die Photovoltaik wird neben anderen möglichen Quellen hier oft ins Feld geführt. Aber wie verlässlich produzieren denn eigentlich Photovoltaikanlagen in der Schweiz? Dieser Frage geht eine Studie im Auftrag von EnergieSchweiz nach.

Was heisst verlässlich?

Eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst die Betriebstüchtigkeit von Solaranlagen. Die Verlässlichkeit von PV-Anlagen zu definieren ist erst mal gar nicht so einfach. Dies beginnt schon mit der Tatsache, dass die Module nachts keinen Strom liefern. Wetterverhältnisse spielen eine weitere wichtige Rolle. Ein sonniger Sommertag liefert mehr Energie als ein verregneter Tag im Herbst. Auch Alter und Technologiestand der Komponenten oder Ausfälle können die Leistung massgeblich beeinflussen. Weiter ist entscheidend, wie regelmässig und gut eine Anlage gewartet wird.

Zur Beurteilung wird daher die sogenannte Performance Ratio herangezogen. Dies ist das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Ertrag und dem theoretischen Maximalertrag. Der Wert liegt in einer Spanne zwischen 0 bis 1. Die Analyse wurde im Zeitraum zwischen 2009 und 2016 durchgeführt und berücksichtigt den Ertrag von rund 1700 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 206,8 MWp. Diese stammen aus allen Schweizer Kantonen und sind Teil des Förderprogramms KEV (kostendeckende Einspeisevergütung) des Bundesamts für Energie BFE.

Effizienz unter der Lupe

Die Performance Ratio (PR) dient in der Praxis als wichtige Qualitätskennzahl. Für ihre Berechnung werden einerseits die Stromproduktionsdaten der Anlage benötigt. Andererseits sind auch Angaben zur standortspezifischen Solareinstrahlung erforderlich. Zweiteres dient dazu, den theoretischen Maximalertrag zu berechnen. Die PR berücksichtigt also die effektive Sonneneinstrahlung und bewertet, wie effizient die PV-Anlage Energie produziert. Als eine zufriedenstellende bis gute PR gilt ein Wert zwischen 0,65 und 0,8.

Die Auswertungen für die untersuchten Schweizer PV-Anlagen ergaben 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. Es zeigt sich zudem, dass neuere Anlagen eine höhere PR aufweisen als ältere und die Verbesserung in der betrachteten Zeitspanne bei rund 0,4 % pro Jahr liegt.

Einfluss von Alterungseffekten

Die vom Beratungsunternehmen TNC Consulting AG neu entwickelten Mess- und Analysemethode lieferte vor allem Daten zur Leistungsfähigkeit. Ebenso wichtig war auch, Aussagen über die altersbedingte Abnahme des Wirkungsgrades, die sogenannte Degradation, machen zu können. Diese Informationen können hilfreich sein für die Qualitätssicherung sowohl der Module als auch der Gesamtanlagen, um die Langzeitstabilität der Erträge zu verbessern.

Die Degradation ist mit 0,2 bis 0,3 % pro Jahr deutlich geringer, als in vielen Garantiebedingungen von Modulen zugesichert.

Resultate zu Degradationseffekten sind zudem wichtig für die Modellierung des Ertrags und für Wirtschaftlichkeitsberechnungen über die gesamte Lebensdauer der PV-Anlagen. Die Auswertungen der Studie zeigen, dass die Degradation mit 0,2 bis 0,3 % pro Jahr deutlich geringer ist, als zum Beispiel in vielen Garantiebedingungen von Modulen (rund -1 % pro Jahr) dokumentiert. Sie liegt auch deutlich tiefer als die bisher vom BFE angenommenen 0,5 % pro Jahr.

Mehr Winterstrom aus den Alpen

Der Winteranteil des produzierten Solarstroms beträgt schweizweit von Oktober bis März je nach Jahr zwischen 25 und 31 % des Jahresertrags. Die zusätzliche Analyse für Mittellandkantone einerseits und die Alpenregion andererseits zeigen folgende Abweichungen: Der Anteil Winterstrom bei Mittellandkantonen liegt bei 24 bis 30 % und bei Kantonen des Alpenraums bei 27 bis 31 %.

Der höhere Winterstromanteil in den Alpen ist primär auf die intensivere Sonneneinstrahlung zurückzuführen. Bei den untersuchten PV-Anlagen handelt es sich grösstenteils nicht um «alpine» PV-Anlagen. Für solche Anlagen wie beispielsweise 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 die Ertragssituation auswirken. Wenn grosse Schneemengen bei niedrigen Temperaturen über längere Zeitperioden auf Solarmodulen geringer Neigung liegenbleiben, produzieren die Anlagen trotz möglicherweise hoher Sonneneinstrahlung wenig Strom.

Diese Einbussen lassen sich generell durch einen steileren Winkel der Module oder durch intensive Wartung während der schneereichen Periode verringern oder gar verhindern.

Erfreuliche Resultate

Die Frage, ob PV-Anlagen im Verlauf ihrer Lebensdauer einen kontinuierlichen Alterungsprozess durchlaufen oder die Degradation vielmehr überproportional gegen Ende der Lebensdauer zunimmt, konnte nicht abschliessend beurteilt werden. Für diese Erkenntnis wären gemäss den Verfassern der Studie weiterführende Untersuchungen und damit langfristige Auswertungen über die gesamte Lebensdauer notwendig.

Die wichtigsten Resultate der Analyse zeigen, dass die Schweizer PV-Anlagen generell eine gute Leistung aufweisen. Für übliche Anlagen liegen die gemessenen elektrischen Jahreserträge im untersuchten Zeitraum im Schnitt bei 1015 kWh/kWp. Damit übertreffen sie die bisherigen Annahmen des BFE, die von einem für die Schweiz typischen Ertrag von 950 kWh/kWp ausgingen.