Das ist eine Frage, die Sie sichstellen, wenn Sie sich mit großen Solarstromanlagen (Photovoltaik-Anlage)befassen, die auf freiem Feld stehen. Sei es,
· um künftig Freiflächen inIhrem Besitz mit einer großen Solaranlage zu bestücken und diese alsEigentümerIn zu betreiben,
· um Ihre Flächen fürSolarparks zu verpachten und als VerpächterIn zusätzliche Einkommen zuerzielen,
· oder, um sich als InvestorInfinanziell an Solarpark-Projekten zu beteiligen.
Welche Rolle auch immer Sie einnehmenwollen, für die Planung und Finanzierung eines solchen Projekts ist dieBewertung seiner Wirtschaftlichkeit unerlässlich. Und diese hängt maßgeblichvon der möglichen Laufzeit des Solarparks ab. Wir beantworten hier die Frage,wie hoch die Lebensdauer einer PV-Freiflächenanlage ist.
Wie lange können Sie eine Solaranlage nutzen?
EndeAugust des Jahres 2022 berichtete das pvmagazine in seiner Onlineausgabe von einer Photovoltaik-Anlage, dieschon 40 Jahre lief. Die Anlage hätte demnach eine installierte Leistungvon 10 KilowattPeak (kWP) und befinde sich seit 1982auf demDach eines Gebäudes der Tessiner Fachhochschule in Lugano im italienischsprachigenKanton Tessin im Süden der Schweiz. Sie bestehelaut dem Bericht aus 288 Solarmodulen und soll die älteste PV-Anlage mitNetzeinspeisung in Europa sein.
Altersverschleiß bei Modulen
Nach 40 Jahren Laufzeit, so ist im pv magazine weiter zu lesen, seien bei einem großen Teilder Module der alten PV-Anlage Spuren der Alterung gut sichtbar.
Von häufigen Hotspot-Problemen (Beschädigungoder Zerstörung der Solarzelle aufgrund einer Erhitzung) ist die Rede,verursacht von einer nicht mehr guten Verbindung der Anschlüsse. Zudem löstensich demnach die Rückseitenfolien der Module ab.
Wobei die Module nicht alle dieselbenVerschleißerscheinungen aufweisen würden: Da sie aus mindestens dreiverschiedenen Produktionszyklen stammten – und eine der Rezepturen besondersgut gewesen sei, liege die Leistung der besten Module auch nach 40 Jahrennoch innerhalb der Garantiebedingungen. Im Jahr 2017 habe eine Analyse derAnlage ergeben, dass der Großteil der Module noch immer mindestens 80Prozent der ursprünglichen Leistung lieferten.
Die Robustheit der Module der ältestenPV-Anlage Europas mit Netzanschluss begründe sich in ihrem Aufbau: HeutigeModule seien größer und bestünden aus dünneren Solarzellen. Doch dankweiterentwickelter Prüf- und Zertifizierungsverfahren sowie mehr Wissen zuMaterialien und deren Altersverschleiß ließen sich demnach auch für die aktuellauf dem Markt verkauften Solarmodule eine lange Lebensdauer prognostizieren.
40 Jahre und noch immer 80 Prozent derGarantieleistung – so lange kann eine Solaranlage also laufen und einen Solarertragerzielen, der sich rechnet.
Denn die Frage „Wie hoch ist die Lebensdauereines Solarparks?“ zielt zwar auf die technische Lebenszeit ab, hat aber aucheine wirtschaftliche Bedeutung: Denn wenn die Leistung der Technik so starknachlässt, dass die Erträge in Richtung Unwirtschaftlichkeit rutschen, lohntsich der Anlagenbetrieb nicht mehr. Die Frage sollte deshalb besser lauten „Wielange lässt sich ein Solarpark rentabel betreiben?“.
Übrigens, die älteste PV-Anlage inDeutschland soll das Energielabor der Universität Oldenburg betreiben. Die336 Module sind aus dem Jahr 1976 und kamen dort 1981 aufs Dach.
Wovon hängt die rentable Lebensdauer einer PV-Anlage ab?
Eine Photovoltaik-Anlage besteht auseinzelnen Komponenten. Für den lohnenden Betrieb ist das möglichst langereibungslose Zusammenspiel der Komponenten wichtig: Jede muss dazu ihrenBeitrag leisten.
Was sind die Komponenten einerPV-Anlage und welche Lebensdauer haben sie?
Die wesentlichen Komponenten eines Solarparkssind die Solarmodule, das Montagesystem (Aufständerung) und dieWechselrichter. Gegebenenfalls kommen Batteriespeicher dazu.Verbunden sind die Komponenten per Kabel. Diese sollten brandschutzgerechtverlegt sein. Zum Betrieb der Anlage gehört auch die Möglichkeit, ihre Leistungund ihren Ertrag zu kontrollieren. Dazu dienen Wechselrichterdisplay, Zählerund im besten Fall ein Online-Überwachungssystem (Monitoring).
· Wie lange halten Solarmodule?
Auch bei den Solarmodulen, die ausunzähligen Solarzellen bestehen – den eigentlichen Kraftwerken – geht es immerum die beiden Aspekte technische Lebensdauer und rentable Leistung über dieLebensdauer. Es gibt verschiedene Solarzellentypen und daraus resultierendverschiedene Modultypen. Die Unterschiede ergeben sich aus demunterschiedlichen Aufbau der Solarzelle, unterschiedlichen Materialien unddaraus resultierend: unterschiedlichen Wirkungsgraden.
Drei Modultypen sind derzeit vor allem imEinsatz:
Modultypen (in Klammern: der Wirkungsgrad)
1. Kristalline Module – Marktanteil: 85 Prozent
a. Monokristalline Siliziumzellen (20Prozent)
b. Polykristalline Siliziumzellen (biszu 18 Prozent)
2. Dünnschichtmodule
a. Amorphe und mikrokristallineSiliziumzellen (bis zu 10 Prozent)
b. Cadmiumtellurid-Zellen (CdTe-Zellen,bis zu 18 Prozent)
c. CI(G)S-Zellen mit den ElementenKupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (bis zu 16 Prozent)
3. Hybridzellen
a. Kombination aus kristallinem undamorphem Silizium (bis zu 20 Prozent)
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Der Wirkungsgrad des Moduls informiertdarüber, wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie vom Modul in Stromumgewandelt wird. Er sinkt mit den Betriebsjahren. In Solarzellen kommt es zur Leistungsabnahme(sogenannte Degradation) mit steigender Nutzungszeit. In der Regel rechnetman über 20 Jahre mit einer Leistungsabnahme von 10 bis 20 Prozent.
Das heißt für Sie, nach 20 Jahren kann die Anlage noch mindestens 80 Prozent des ursprünglichenSolarertrags erzielen.
Weitere Eigenschaften von Modulen sind die Leistungstoleranzund der Temperaturkoeffizient.
· Die Leistungstoleranz ist dieAbweichung der gelieferten Nennleistung des Solarmoduls von derDatenblattangabe (meist Laborwerte). Üblich sind nur noch positive Abweichungenvon bis zu etwa drei Prozent.
· Der Temperaturkoeffizient zeigtauf, wie stark sich die elektrischen Modulkennwerte (Spannung, Strom, Leistung)in Abhängigkeit von der Temperatur der Solarzellen ändert. Es gilt: Beisteigender Temperatur sinkt die Modulleistung, bei sinkender Temperatur steigtsie. Der Temperaturkoeffizient der Spannung und der Leistung sollte möglichst kleinsein, damit das Solarmodul auch bei starker Sonneneinstrahlung viel leistet.
Die Dicke und Qualität des Modulglases,die Stabilität des Modulrahmens und die technische Ausführung derModulrückseite haben Einfluss darauf, wie belastbar und damit haltbardas Solarmodul ist. Glas auf der Modulrückseite beispielsweise schützt dieSolarzellen stärker als Folie (siehe oben die Verschleißerscheinungen bei derältesten PV-Anlage Europas). Das fördert die Lebensdauer.
Gut zu wissen: DieHersteller geben Leistungs- und Garantieversprechen, an denen Sie sichbezüglich der Lebensdauer orientieren können. Diese liegen heute bei mindestens20 Jahren, oft schon bei 25 (amorphe Solarzellen) bis 30 Jahren (mono- undpolykristallinen Solarzellen).
· Wie lange halten Wechselrichter?
Der Wechselrichter wandelt den von denModulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um, der sich direkt nutzen oderins Netz einspeisen lässt. Zudem übernimmt er Aufgaben, die für die Überwachungund Sicherheit der PV-Anlage wichtig sind. In der Praxis gilt derWechselrichter als ein Verschleißteil, dass am häufigsten den Betriebder PV-Anlage stört. Wechselrichter können schon nach deutlich wenigerLaufzeit ausfallen als die Module. Eine noch laufende Untersuchung des Instituts für Energie- und Mobilitätsforschung IEM hat als eins der ersten Ergebnisse unter anderem herausgefunden, dassWechselrichter oft schon nach 15 Jahren ersetzt werden müssen. DerGrund: Wechselrichter sind sensible Bauteile. Sie reagieren sehr empfindlichauf äußere Einflüsse wie Hitze, Staub und Feuchtigkeit.
· Wie lange halten Stromspeicher(Batterien)?
Die Verbraucherzentrale (VZ) schreibt, dass Batteriespeicher eine erwartete Lebensdauer von10 bis 15 Jahren haben. Der Grund für die im Vergleich zu den Modulendeutlich kürzere Lebensdauer sei demnach, dass in den Batteriezellen chemischeProzesse ablaufen, die die Materialien altern lassen. Laut der VZ passierensolche Alterungsprozesse sogar unabhängig vom Laden und Entladen der Batterie.Deshalb hätten solche Batterien ein "Verfalldatum" , das sichaber nicht exakt vorhersagen lasse. Das Altern der Batterie führe demnach mitder Zeit zu einer geringeren Speicherkapazität, die über lange Zeit zwar nurlangsam sinke, zum Ende der Lebensdauer aber schneller. Es gilt also: EineBatterie altert anfangs langsam, später schneller.
Lithiumbatterien als PV-Anlagenspeicher machender VZ zufolge hohe oder sehr niedrige Umgebungstemperaturen und ein langanhaltender hoher Ladezustand zu schaffen. Deshalb seien die Batterien in einemtrockenen Raum am besten aufgehoben.
Damitkennen Sie wichtige Faktoren (Material, Technik, Klima, Wetter), die die Lebensdauerder Komponenten einer PV-Anlage und damit die Lebensdauer der ganzen Anlagebeeinflussen.
Kleine PV-Anlage vs. Solarpark: Machtdie Größe einen Unterschied bei der Lebensdauer?
GegenüberGebäude-PV punktet Freiflächen-PV zum Beispiel bei der Standortwahl.Denn auf freiem Feld lassen sich die Module flexibel gen Sonne ausrichten. EinDach gibt die Ausrichtung dagegen maßgeblich vor. Wollte man sie ändern, wärenteure Installationen vonnöten (Dachaufständerung). Eine flexible Ausrichtungauf der freien Fläche sorgt für Maximalerträge. Diese beeinflussen dieWirtschaftlichkeit der Anlage ebenso wie deren Größe. Es gilt: Je größer dieAnlage, desto mehr Module und andere Bauteile sind vonnöten. Deren Preissinkt mit der verbauten Menge. Daraus folgt, dass auch der Solarstromvon einem Solarpark geringere Kosten (sogenannte Gestehungskosten)verursacht und damit günstiger ist als der von einer kleinen Anlage aufeinem Hausdach.
Das Fraunhofer-Institutfür Solare Energiesysteme (ISE) kam in einer Studie zu folgendem Ergebnis: Die Stromgestehungskostenbei Solarparks lagen im Jahr 2021 zwischen 3,12 und 11,01 Cent proKilowattstunde (kWh). Die Spanne resultiert aus dem Umstand, dass bei derBerechnung zwischen verschiedenen PV-Anlagentypen unterschieden wurde. Es gilt: Je größer die Anlage, destogeringer sind die Kosten pro kWp.
Spannend ist,dass für die Stromgestehungskosten insgesamt entscheidend ist, ob sie mit oderohne Stromspeicher realisiert werden. DieStromgestehungskosten für PV-Batteriesysteme liegen laut Fraunhofer ISE heute zwischen5,24 und 19,72 Cent /kWh. Die große Bandbreite ergibt sich demnach infolge derhohen Kostenunterschiede zwischen den verschiedenen Batteriesystemen.
Das Fraunhofer ISE prognostiziert dieStromgestehungskosten im Jahr 2040 auf Werte
· zwischen 3,58 und 6,77 Cent /kWh bei kleinen PV-Dachanlagen
· und zwischen 1,92 und 3,51Cent/kWh bei Solarparks.
Ab dem Jahr 2024 liegen dieStromgestehungskosten aller PV-Anlagen (ohne Batteriespeicher) unter 10 Cent/kWh.
In die Stromgestehungskosten spielen auchdie Betriebskosten des Solarparks mit ein. Dazu zählen auch die Wartungskosten.Module auf freien Flächen lassen sich einfacher und aufs Modul runtergerechnetauch günstiger warten als Module auf und an Gebäuden. Dafür muss man beiModulen in freier Natur mit mehr Sachschäden wie Tierverbiss, zum Beispiel vonMardern, rechnen.
Die Anlagenpflege ist auf freier Fläche– und insbesondere bei einer Doppelnutzung derselben mit Konzepten wie Agri-PV – das A und O für deren Langlebigkeit.
Fazit: Wie lange halten Solarparks?
Sie können nach den obigen Ausführungen damitrechnen, dass ein Solarpark 30 bis 40 Jahre rentabel betrieben werden kann.Für Solarparks, die über das EEG staatlich gefördert werden (Stichwort:Einspeisevergütung), heißt das, dass sie noch lange, nachdem sie aus dergesetzlich auf 20 Jahre beschränkten Förderung gefallen sind, attraktive Renditeneinbringen können, vorausgesetzt, der damit erzeugte Solarstrom wirdentsprechend vermarktet.
30bis 40 Jahre rentable Lebensdauer von Solarparks – dassind Zeiträume, die für Planung, Finanzierung und Betrieb des Solarparks vonBelang sind. Entsprechend werden heute zum Beispiel Pachtverträge mit langen Laufzeiten geschlossen.
Hiererfahren Sie mehr zum Rückbauund Recycling von Solarparks.
