Das Einstrahlungsverhalten von PV Modulen



Wir sprechen bei PV Modulen immer wieder von der Nennleistung. Diese Leistung wird das PV Modul unter optimalen Bedingungen erzeugen. Genau genommen handelt es sich bei diesem optimalen Bedingungen aber um STC-Bedingungen (Standard Test Conditions). Dabei sprechen wir von einer Einstrahlung von 1000 W/m², Luftmasse AM von 1,5 und einer Zelltemperatur von 25 °C. Vor allem die Einstrahlung und die Temperatur haben einen starken Einfluss auf das Modulverhalten. Wir haben uns im letzten Artikel bereits angesehen wie genau sich unterschiedliche Temperaturen auf das Verhalten der Module auswirken.

Mehr dazu findet ihr hier: Das Temperaturverhalten von PV Modulen


Heute sehen wir uns das ganze aber für die Einstrahlung an.



Modulverhalten bei unterschiedlichen Einstrahlungen

Bevor wir uns ansehen wie sich Änderungen der Einstrahlung tatsächlich auf das PV Modul auswirken, sehen wir uns vorab noch eine Standard-Modulkennlinie unter den oben genannten STC-Bedingungen an.


Standard-Modulkennlinie


Wie wir wissen finden wir auf den Achsen Strom und Spannung. Im Bereich der MPP-Spannung finden wir den maximalen Leistungspunkt, den sogenannten MPP Punkt. Das ganze gilt aber grundsätzlich wie erwähnt nur unter STC Bedingungen. Hier haben wir eine Einstrahlung von 1000 W/m². Dieser Wert wird dann tatsächlich nur dann erreicht wenn es eine direkte und volle Sonneneinstrahlung auf die Module gibt. Wie verhalten sich aber nun die Module wenn sich der Einstahlungswert ändert und es plötzlich nicht mehr die volle Einstrahlung gibt?


Dafür sehen wir uns die nächste Grafik an. Wieder finden wir darauf die Modulkennlinien. Dieses mal aber unter verschiedenen Einstrahlungswerten. Also nicht mehr nur unter STC-Bedingungen.



Wir sehen auf dem ersten Blick sofort, dass es vor allem der Strom ist, der sich hier stark verändert. Während wir bei 1000W/m² den MPP Strom haben, ist es bei 500W/m² nur etwa die Hälfte. Ingesamt steht der Modulstrom jedenfalls in direktem Zusammenhang mit der Einstrahlung. Konstant hingegen bleibt bei unterschiedlicher Einstrahlung die Spannung. Ab etwa 100-200W/m² liegt bereits annähernd Nennspannung an. Darüber gibt es nur noch kleinere Änderungen. Das bedeutet auch unter sehr schlechten und diffusen Lichtverhältnissen haben wir bereits annähernd die volle Modulspannung. Mit zunehmender Einstrahlung steigt dann auch der Strom und somit auch die Modulleistung.



Was wir uns also merken können:

- Die Modulspannung ist abhängig von der Temperatur. Je höher die Temperatur, desto geringer die Spannung.

- Der Modulstrom ist abhängig von der Einstrahlung. Jo stärker die Einstrahlung, desto höher der Strom.


Beide Faktoren wirken sich schlussendlich natürlich auch auf die Leistung des Moduls aus.



Die Einstrahlung bei schlechten Verhältnissen

Die Nennwerte der Module werden ja unter einer Einstrahlung von 1000W/m² bemessen. Aber natürlich arbeiten die Module nicht immer unter STC Bedingungen. Grundsätzlich setzt sich die Sonneneinstrahlung immer aus direkter und diffuser Einstrahlung zusammen. Dabei macht der Anteil der diffuse Einstrahlung über das Jahr gesehen sogar etwas mehr aus als der Anteil der direkten Einstrahlung.



Aber welche Einstrahlung haben wir denn dann eigentlich wenn es mal keine direkte Sonneneinstrahlung gibt? Zum Beispiel an bewölkten oder sogar regnerischen Tagen. Also dann, wenn vor allem die diffuse Einstrahlung relevant ist.

Pauschal lässt sich das ganze schwierig beantworten. Denn auch bewölkte Tage ohne direkter Einstrahlung können sehr unterschiedliche Lichtverhältnisse aufweisen. Es gibt aber durchaus Richtwerte, an denen man sich halten kann. Diese sehen wir anhand der folgenden Grafik.



schulungsstelle-traunstein.de


Bei klaren Verhältnissen mit direkter Sonneneinstrahlung kommen wir auf die erwähnten 1000W/m². Bei heiteren bis teilweise leicht bewölkten Verhältnissen können wir in der Regel mit einer Einstrahlung von rund 600W/m² rechnen. Bei durchwegs aufgelockerter Bewölkung gibt kaum mehr direkte Einstrahlung. Hier bewegt sich die Einstrahlungsstärke meist um die 300W.

Wenn die Sonne überhaupt nicht durch kommt, zum Beispiel sehr nebeligen Verhältnissen kommen wir meist nicht über 100-200W/m² hinaus. Die einzige Situation, in der wir tatsächlich annähernd 0Wm² haben, ist Nachts.



Dass die Module bei schwächerer Einstrahlung weniger Leistung bringen war uns allen bekannt. Nun wissen wir aber auch wie sich das PV Module dabei verhält. Es sind also im wesentlichen Temperatur und Einstrahlung, die Einfluss auf die Leistungserzeugung eines PV Moduls nehmen. Da aber in der Praxis kaum exakte STC-Bedingungen herrschen, ist es schon ganz gut nun nachvollziehen zu können weshalb der Energieertrag an verschiedenen Tagen unterschiedlich ausfallen kann.