Reinigung von PV-Modulen Ein Wisch für mehr Ertrag

Dass Verunreinigungen ein signifikantes Thema für PV-Anlagen sind, zeigen einige Zahlen: Bei Kraftwerken auf landwirtschaftlichen und stallungsnahen Dachflächen können die Einbußen bis zu 30 Prozent betragen. Betreiber von Freiflächenanlagen müssen ohne Reinigung ebenfalls mit Minderungen von bis zu acht Prozent rechnen. Eine zusätzliche Herausforderung stellt der sogenannte Saharastaub dar, denn der niederrieselnde Wüstensand bringt eine Verschleierung der Module und damit zusätzliche Verluste mit sich. Gerade in den PV-überdurchschnittlich ertragsreichen Jahreszeiten, Frühjahr und Sommer, rechnet der Deutsche Wetterdienst mit circa vier Tagen pro Monat, in denen die vom Wind beförderten Staubkörnchen einen relevanten negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Module nimmt – weitere Luftverunreinigungen wie durch Blütenstaub sind dabei noch nicht eingerechnet.

Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie wird derzeit auch daran geforscht, welche spezifischen Kenngrößen sich bei Saharastaub-Ausbrüchen ansetzen und letztlich vorhersagen lassen. Am Forschungsprojekt PerduS (Photovoltaikertragsreduktion durch Saharastaub) sind der Deutsche Wetterdienst, das Karls­ruher Institut für Technologie sowie die Firma Meteocontrol beteiligt. Ziel ist es, verlässliche Hochrechnungen für Leistungsminderungen und spezifische Einspeisegrößen zu liefern, um neben der Sicherung von Erträgen auch die Netzstabilität an windstaubreichen Tagen gewährleisten zu können. Einer dieser Faktoren zur Berechnung der Leistungsprognosen stellt die Säuberung der PV-Module dar. Zudem gilt grundsätzlich: Wer seine Module ab Inbetriebnahme innerhalb der ersten fünf Jahre frühzeitig sowie durchgängig pflegt, verlängert deren Laufzeit nachweislich, da unter anderem Hotspots und Schneckenspuren vermieden werden. Mit Blick auf die Gesamtlaufzeit ist nach der Amortisation einer Anlage jedes gewonnene Jahr ein sehr gutes Jahr. Zudem sind alle Reinigungskosten steuerlich voll absetzbar.

Reinigen und sparen

PV-Anlagen in Handarbeit zu reinigen kommt nur bei leicht zugänglichen und sehr kleinen Anlagen in Betracht. Die professionelle und vor allem möglichst regelmäßige Pflege ist hingegen lohnenswert: Die Säuberung einer PV-Anlage schlägt in der Freifläche je nach Größe im Schnitt mit circa 1,50 bis zwei Euro pro Kilowattstunde zu Buche – das entspricht rund 1500 bis zu 2000 Euro für eine Anlage mit einem Megawatt Leistung. Schon ab einem Verschmutzungsgrad von fünf Prozent übersteigen die Ertragseinbußen die Reinigungskosten; ist ein mit einem Reinigungssystem auf- beziehungsweise umrüstbarer Maschinenpark vorhanden, sind die Kosten sogar noch geringer.

Schutz und Gründlichkeit

Für eine großflächige Reinigung eignen sich insbesondere Bürstensysteme, die temporär an Nutzmaschinen wie Traktoren, Bagger oder Betonpumpen angebracht werden können. Solche zeitweise auf Maschinen montierte Reinigungssysteme kommen oftmals bei Wartungsfirmen und Betreibern vieler und großer Solarparks zum Einsatz. Die Reinigungsqualität solcher mobiler Systeme ist enorm – selbst bei gerahmten Modulen bleiben keine Schmutzrückstände zurück; die Anschaffung beschränkt sich in der Regel auf die Reinigungstechnik und -mittel.

Grundsätzlich gibt es drei mögliche Säuberungsvarianten: Mit Regen- oder Leitungswasser oder mit speziellen Reinigungssystemen – je nachdem welche Voraussetzungen am Einsatzort bestehen. Bei Entwurf und Herstellung der Bürstentechnik wird in der Branche meist auf die langjährige Erfahrung mit Autowaschanlagen zurückgegriffen. Dabei wurde das Bürstenmaterial speziell für die schonende Glasreinigung weiterentwickelt, auch wenn PV-Module inzwischen ein hohes Maß an Widerstandskraft gegenüber äußeren Einflüssen aufweisen. Für einen effizienten Reinigungsvorgang sollte auf eine einfache Handhabung des Systems geachtet werden. Ist die Montage der Bürsten und Wassertanks aufwändig, verlängert das den Gesamtvorgang und steigert damit die Reinigungskosten. Ebenso sorgsam wie mit den Oberflächen sollte auch mit der Verwendung von Reinigungsflüssigkeiten umgegangen werden. Hierbei kommen am besten biologisch abbaubare Wirkstoffe ohne Tenside zum Einsatz, die bei der Direkteinleitung für die Umwelt unbedenklich sind. Solche Mittel finden auch bei der Reinigung in der Lebensmittelindustrie Verwendung.

Technik im Detail

Käufer von Reinigungssystemen sollten insbesondere auf geprüfte Systeme achten; sie garantieren, dass der Auflagendruck der Bürste zum Modul korrekt einstellbar ist und vollautomatisch nachreguliert wird. Nur entsprechend konfigurierbare Systeme vermeiden Schäden an den PV-Anlagen. Dazu gehört auch eine laufruhige nahtlose Waschleistung an den einzelnen Modulübergängen. Dass der Reinigungsvorgang eines solchen Systems für Module sehr schonend ist, zeigt eine Untersuchung des Instituts für Energie- und Antriebstechnik der Hochschule Ulm. Die Einrichtung prüfte in einem umfangreichen Forschungsprojekt mögliche negative Einflüsse des regelmäßigen Einsatzes durch Bürsten für die Oberflächenbeschaffenheit der PV-Module. Demnach verursachen Bürsten auch nach einem simulierten 20-jährigen Einsatz keinen Schaden an den Glasoberflächen.

Neben dem Handling-System sind schraubenförmige Spiralbürsten die zweite zentrale Komponente; sie bestehen in der Regel aus einer UV-beständigen Kunststoffmischung mit einem mittleren Härtegrad und einem gespleisten Borstenaufbau. Dieser gewährleistet eine lange Lebensdauer und schont die Moduloberfläche zusätzlich. Die Ausrichtung der Bürstengeometrie sollte im Einklang mit dem Aufbringen des Waschwassers stehen, um eine effiziente und gründliche Reinigung der Module zu erzielen. Je nach Beschaffenheit eines PV-Parks empfiehlt sich eine Bürstenlänge von vier bis sieben Metern. Wird die Reinigungstechnik um ein Diagnostiksystem mit GPS-Funktion ergänzt, können Betreiber bei jedem Säuberungsvorgang die Funktionstüchtigkeit der einzelnen Module in einem Arbeitsschritt überprüfen und dokumentieren.

Schonende Reinigung

Zur Reinigung mit Wasser findet in der Regel ein entsprechender Tank Verwendung, der am Betriebsgerät befestigt wird und mit Regenwasser oder entkalktes Leitungswasser befüllt wird. Sollte nicht ausreichend geeignetes Regenwasser zur Verfügung stehen, sind spezielle Mittel erhältlich, mit deren Hilfe die Verwendung von Leitungswasser möglich ist – der aufwändige und teure Bezug von destilliertem Wasser entfällt somit.

In Deutschland können die Anlagen jedoch meist bei Regenwetter gereinigt werden. Dies nimmt sowohl positiven Einfluss auf den Wasserverbrauch als auch auf die Oberflächenspannung der Module bei der Reinigung mit kaltem Wasser. Denn insbesondere während staubiger Hitzeperioden stehen PV-Betreiber vor dem Problem, dass ihre Module hohe Temperaturen erreichen – trifft kaltes Wasch­wasser auf heißes Glas, kann das Panel Schaden nehmen. Aus diesem Grund wird ein Reinigungssystem benötigt, das auch warmes Wasser verarbeiten kann; als Zusatzeffekt steigt die Säuberungsqualität nochmals deutlich, so dass weniger Reinigungsmittel verwendet werden muss, um eingetrockneten Vogelkot zu schonend zu entfernen. In südlichen Regionen können sandbasierte Systeme verwendet werden, die Module ohne die Nutzung von Wasser säubern und dennoch die empfindlichen Oberflächen schonen. Deren Einsatz empfiehlt sich in nördlichen Breitengraden auf Grund der unterschiedlichen Verschmutzungstextur weniger, selbst wenn sich Sahara-Staub breit macht.

Eine regelmäßige Reinigung und Wartung aller Module einer Solaranalage ist bei einer Lebensdauer von mindestens 20 Jahren mehr als zu empfehlen. Betreiber können auf diese Weise sicherstellen, dass der Wirkungsgrad einer PV-Anlage dauerhaft maximiert wird. Nur so lassen sich getätigte Investitionen schützen und Renditeziele dauerhaft erreichen.