Was ist PR in der Photovoltaik?

Als professioneller Anbieter von Photovoltaik-Produkten möchte Maysun Solar eine detaillierte Erklärung aus den folgenden Perspektiven bieten: die Definition und Berechnung des PR, die Schlüsselfaktoren, die den PR beeinflussen, sowie effektive Methoden zur Verbesserung des PR. Durch diese Einführung hoffen wir, unseren Kunden ein klareres Verständnis der Photovoltaik-Systemeffizienz zu vermitteln und wissenschaftliche Unterstützung für Investitions- und Managemententscheidungen in Solarprojekten zu bieten.

Was ist PR? Wie berechnet man sie?

Die Stromerzeugung eines Photovoltaik-Kraftwerks wird durch drei Hauptfaktoren bestimmt:

1. Installierte Leistung: Die Gesamtleistung der Solarmodule im Kraftwerk, in der Regel in Kilowatt (kW) gemessen.
2. Spitzen-Sonnenstunden: Die Gesamtzahl der Stunden pro Jahr, in denen das Kraftwerk unter maximaler Sonneneinstrahlung Strom erzeugen kann, abhängig von den lokalen Solareinstrahlungsbedingungen.
3. Systemeffizienz (Performance Ratio, PR): Die Gesamtwirkung des Kraftwerks bei der Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie. Dies ist ein entscheidender Indikator zur Bewertung der Leistung eines Photovoltaik-Kraftwerks.

Sobald der Standort und die Größe eines Photovoltaik-Kraftwerks festgelegt sind, sind die installierte Leistung und die Spitzen-Sonnenstunden in der Regel festgelegt. Um die Stromerzeugung zu steigern, müssen Verbesserungen an der Systemeffizienz vorgenommen werden.

Die Systemeffizienz eines Photovoltaik-Kraftwerks (Performance Ratio, PR) ist ein entscheidender Indikator, um die Fähigkeit des Kraftwerks zur Umwandlung von Solarenergie in elektrische Energie zu bewerten. Sie umfasst nicht nur die Umwandlungseffizienz der Solarmodule, sondern berücksichtigt auch die gesamten Stromverluste im gesamten Photovoltaik-System. Das Verständnis der Systemeffizienz hilft, die Lücke zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Stromerzeugung zu bewerten. Je höher die Systemeffizienz, desto besser ist die Stromerzeugungsleistung des Photovoltaik-Kraftwerks.

Typischerweise kann die Systemeffizienz eines Photovoltaik-Kraftwerks mit der folgenden Formel berechnet werden:
Systemeffizienz (%) = Tatsächliche Stromerzeugung / Theoretische Stromerzeugung × 100%

• Tatsächliche Stromerzeugung: Dies bezieht sich auf die tatsächlich erzeugte elektrische Energie, die das Photovoltaik-Kraftwerk während seines Betriebs generiert. Sie wird in der Regel in Echtzeit vom Überwachungssystem aufgezeichnet.
• Theoretische Stromerzeugung: Dies ist die erwartete Menge an Strom, die basierend auf den lokalen Solareinstrahlungsbedingungen, der Systemkapazität und der idealen Umwandlungseffizienz berechnet wird.

Die theoretische Stromerzeugung eines Photovoltaik-Kraftwerks kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Theoretische Stromerzeugung = Gesamte Solareinstrahlung × Umwandlungseffizienz der Solarmodule × Fläche der Solarmodule × Zeit

IEC 61724 ist der internationale Standard für die Leistungsüberwachung von Photovoltaik-Kraftwerken, der Richtlinien für die Überwachung, Bewertung und Berichterstattung der Leistung von Photovoltaikanlagen bietet. Er ist für Photovoltaikanlagen jeder Größe anwendbar und sorgt für die Genauigkeit und Vergleichbarkeit der Daten.

• In diesem Standard lautet die Formel zur Berechnung der Systemeffizienz (PR) für ein Photovoltaik-Kraftwerk wie folgt:
  
• PRT: Die durchschnittliche Systemeffizienz des Photovoltaik-Kraftwerks während des Zeitraums T.
• ET: Die Menge an Strom, die während des angegebenen Zeitraums vom Photovoltaik-Kraftwerk ins Netz eingespeist wird.
• Pe: Die Nennkapazität der Komponenten des Photovoltaik-Systems.
• hT: Die Spitzen-Sonnenstunden auf der Moduloberfläche während des angegebenen Zeitraums.
• Es ist wichtig zu beachten, dass die tatsächliche Stromerzeugung und Systemeffizienz eines Photovoltaik-Kraftwerks von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, wie z.B. Wetterbedingungen, Temperatur, Sonneneinstrahlung und Wechselrichterverluste. Daher kann die tatsächliche Betriebseffizienz schwanken.

Beispiel zur Berechnung des PR mit simulierten Messdaten:
Nehmen wir das Beispiel der Berechnung des jährlichen PR (Performance Ratio). Angenommen, die gesamte jährliche Strahlung, die die Photovoltaikanlage empfängt, beträgt 1600 kWh/㎡, was bedeutet, dass die Anlage insgesamt 1600 Stunden jährliche Strahlung erhält. Wenn der Stromzähler eine jährliche Stromerzeugung von 1300 kWh/kW aufzeichnet, kann der jährliche PR wie folgt berechnet werden:

Beispiel zur Berechnung des PR mit simulierten Messdaten

Was beeinflusst die PR?

1. Leistungsdegradation der Komponenten (2-3% im ersten Jahr, danach 0,5% jährlich)

In Photovoltaiksystemen ist die Leistungsdegradation der Komponenten ein wesentlicher Faktor, der die Gesamt-Systemeffizienz beeinflusst, aber nicht der einzige Bestimmungsfaktor. Viele Kunden gehen fälschlicherweise davon aus, dass die Degradation der Komponenten direkt die gesamte Systemeffizienz bestimmt. Systemeffizienz wird jedoch durch viele Faktoren beeinflusst.
Die Degradation der Komponenten im normalen Betrieb liegt üblicherweise im akzeptablen Bereich. In der Regel erleiden monokristalline Silizium-Solarmodule im ersten Jahr eine Leistungsdegradation von 2% bis 3%, und danach bleibt die jährliche Degradation bei etwa 0,5%. Dennoch hängt die Systemeffizienz auch von anderen Faktoren ab, wie der Effizienz des Wechselrichters, Leitungsverlusten, Temperatureffekten, Staub und Verschattung. Selbst bei vernünftiger Degradationskontrolle kann die Gesamt-Effizienz des Systems durch diese anderen Faktoren beeinträchtigt werden.

2. Komponenten-Mismatch und Verschattung (Einfluss etwa 3%)

Wenn Solarzellen in Serie oder parallel geschaltet werden, kann ihre elektrische Leistung variieren, was zu einer Gesamtleistung führt, die in der Regel geringer ist als die Summe der einzelnen Zellleistungen. Dieses Phänomen wird als Mismatch bezeichnet. In Photovoltaik-Kraftwerken ist die Hauptursache für das Mismatch nicht die Komponenten selbst, sondern Verschattung, insbesondere durch umliegende Gebäude, Bäume oder andere feste Hindernisse.
Bei Dachinstallationen mit weniger idealer Positionierung kann Mismatch in der Serien- oder Array-Konfiguration zu einem Effizienzverlust von etwa 3% führen.

3. Staub-, Schnee- und Blockierungsverluste (Einflussbereich: 4,0% – 5,4%)

Externe Umweltfaktoren wie Staub, Schnee oder andere Blockaden können das direkte Sonnenlicht daran hindern, die Paneele zu erreichen, wodurch deren Stromerzeugungsfähigkeit verringert wird. Staub und Schnee sind in einigen Regionen besonders problematisch und führen typischerweise zu Effizienzverlusten von 4,0% bis 5,4%.

4. Modul-Temperaturkoeffizient-Verluste (Einfluss etwa 4%)

Der Temperaturkoeffizient (wie in unserem Blog: „Temperaturkoeffizient und Solarmodule: Warum ist es so wichtig in der Solarenergie?“) ist ein Schlüsselbegriff, der in den Spezifikationen jedes Solarmoduls aufgeführt wird. Ein Modul mit einem Temperaturkoeffizienten für die Leerlaufspannung von -0,33%/°C bedeutet beispielsweise, dass bei jedem Temperaturanstieg von 1°C die Leerlaufspannung um 0,33% sinkt. Dieser Effekt tritt stärker in Regionen auf, in denen es große Temperaturunterschiede zwischen Sommer und Winter gibt. In der Regel führen Temperaturkoeffizient-Verluste zu einer Reduktion des PR-Werts um etwa 4%.

5. Leitungsverluste (Einfluss etwa 2%)

Leitungsverluste lassen sich in DC-Leitungsverluste und AC-Leitungsverluste unterteilen. Der Einfluss von Leitungsverlusten auf die Systemeffizienz beträgt in der Regel etwa 2%. DC-Leitungsverluste treten bei der Übertragung des DC-Stroms von den Modulen zum Wechselrichter auf, typischerweise um 2%. AC-Leitungsverluste entstehen bei der Übertragung des AC-Stroms vom Wechselrichter zum Verteilungssystem und werden durch Kabel-Länge und Strombelastung beeinflusst.

6. Wechselrichter-Verluste (Einfluss etwa 3%)

Der Wechselrichter (wie in unserem Artikel: „Solarwechselrichter: Eine Schlüsselkomponente in Solarenergieanlagen“ beschrieben) wandelt den von den Solarmodulen erzeugten DC-Strom in AC-Strom um und hat direkten Einfluss auf die Systemeffizienz (PR). Die Verluste im Wechselrichter lassen sich in zwei Teile unterteilen: die inhärenten Energieverluste des Wechselrichters selbst und Verluste durch Eingangsleistung, die die Nennkapazität oder den Arbeitsbereich des Wechselrichters überschreiten. Insgesamt können die Verluste des Wechselrichters zu einem Effizienzverlust von etwa 3% führen.

7. Transformator-Effizienzverluste (Einfluss etwa 2%)

Die Aufgabe des Transformators besteht darin, die Spannung auf ein für den Netzanschluss geeignetes Niveau anzupassen. Allerdings führt der Transformator auch zu Energieverlusten, einschließlich der inhärenten Energieverluste des Transformators sowie Verluste, die während der Nachtschaltperioden oder bei der Spannungsanpassung auftreten. Diese Verluste können die Systemeffizienz (PR) um etwa 2% verringern.

8. MPPT-Effizienzverluste (Einfluss etwa 1%)

Maximum Power Point Tracking (MPPT) ist eine Schlüsseltechnologie in Photovoltaiksystemen, die dazu dient, die Leistungsausbeute zu maximieren. Moderne MPPT-Controller sind in der Regel zu 99% effizient, aber Umweltveränderungen und die Leistung der Ausrüstung können dennoch zu einem Effizienzverlust von etwa 1% führen.

Gesamt-Effizienzkette (~78%)

Unter Berücksichtigung all der oben genannten Faktoren liegt die umfassende Energieeffizienz eines Photovoltaik-Systems typischerweise bei etwa 78%. Das bedeutet, dass Photovoltaik-Systeme unter idealen Bedingungen eine hohe Energieumwandlungseffizienz aufweisen, verschiedene Verluste während des tatsächlichen Betriebs (wie Verschattung, Temperaturänderungen und Wechselrichterineffizienz) jedoch die endgültige Energieausbeute beeinflussen.

Fazit

Durch die Einführung der oben genannten Aspekte hoffen wir, dass Sie nun ein klareres Verständnis für die Systemeffizienz (PR) von Photovoltaikanlagen haben. Ist ein höherer PR-Wert immer besser? Tatsächlich muss der optimale PR-Wert im Zusammenhang mit Faktoren wie wirtschaftlicher Rentabilität, geographischer Umgebung und spezifischen Anwendungsfällen betrachtet werden. Es ist wichtig, bei Entscheidungen über Systemdesign und -optimierung ein Gleichgewicht zwischen diesen Faktoren zu finden.

Aufgrund der Begrenzung des Umfangs können Sie den vollständigen Artikel in unserem Blog-Bereich auf unserer Website einsehen, um mehr zu erfahren！

Seit 2008 engagiert sich Maysun Solar für die Produktion hochwertiger Photovoltaikmodule. Unsere Palette an Solarmodulen, einschließlich IBC-, HJT-, TOPCon-Modulen und Balkonsolaranlagen, wird mit modernster Technologie hergestellt und bietet hervorragende Leistung und garantierte Qualität. Maysun Solar hat erfolgreich Büros und Lager in vielen Ländern etabliert und langfristige Partnerschaften mit führenden Installateuren aufgebaut! Für die neuesten Angebote zu Solarmodulen oder alle Fragen im Zusammenhang mit Photovoltaik kontaktieren Sie uns bitte. Wir sind bestrebt, Ihnen zu dienen, und unsere Produkte bieten Ihnen zuverlässige Sicherheit.