Wie lange hält meine Photovoltaikanlage?
20 Jahre oder 25 Jahre – das ist der Standard, wenn es um die Garantie auf Solaranlagen geht. Doch dann ist noch lange nicht Schluss. Zumindest die Photovoltaikmodule halten bei sorgfältiger Behandlung und guter Pflege deutlich länger durch. Wir nennen die Gründe für den Alterungsprozess einer PV-Anlage und die zu erwartende Lebensdauer der einzelnen Komponenten. Außerdem erfahren Sie, wie die Degradation zumindest etwas aufzuhalten ist – und warum eine regelmäßige Wartung Sinn macht.
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Herstellergarantie und tatsächliche Anlagenleistung
Garantie ist nicht gleich Garantie. Die Herstellergarantie unterscheidet gewöhnlich zwischen Produkt- und Leistungsgarantie:
- Die Produktgarantie betrifft ein Versagen der Bauteile (Materialfehler, Defekte) und deckt in der Regel 5 bis 10 Jahre ab.
- Die Leistungsgarantie dagegen regelt den maximalen jährlichen Leistungserhalt. Sie sichert beispielsweise nach 10 Jahren noch mindestens 90 Prozent und nach 20 oder 25 Jahren noch mindestens 80 Prozent der Nennleistung
Doch, selbst wenn die Leistung einer Photovoltaikanlage nach 25 Jahren unter 80 Prozent der Nennleistung sinkt, bedeutet das nicht, dass sie keinen Strom mehr liefert. In der Tat erzeugen viele Photovoltaikmodule auch nach 35 oder 40 Jahren noch Energie. Weil sich nach dieser Zeit die Anschaffungskosten längst amortisiert haben, ist die Freude der Besitzer über das Geschenk der Natur besonders groß.
Degradation: Warum altern Solaranlagen?
Die meistverbauten Solarmodule bestehen aus kristallinen Photovoltaikzellen. Dabei wird den besonders preisgünstigen polykristallinen Modulen eine Lebensdauer von 25 bis 35 Jahren zugeschrieben, den besonders effektiven monokristallinen Modulen eine Nutzungsdauer von 30 bis 40 Jahren.
Beide unterliegen dabei einem natürlichen Alterungsprozess, der sogenannten Degradation. Glasabdeckungen schützen zwar vor der Witterung – wobei Glas-Glas-Module sogar beidseitig geschützt sind –, dennoch büßen Photovoltaikanlagen jedes Jahr einen kleinen Teil ihrer Leistung ein.
Folgende Einflüsse sind für die Degradation verantwortlich:
- Temperaturschwankungen: Je höher der Temperaturgradient zwischen Sommer und Winter, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Lötverbindungen zwischen den einzelnen Zellen versagen.
- Feuchte Hitze: Solarzellen werden in zwei Folien aus transparentem Ethylvinylacetat (EVA) eingebettet. Darüber befindet sich die Glasabdeckung, darunter eine Rückseitenfolie oder eine zweite Glasscheibe – daher die Bezeichnungen Glas-Folie-Modul und Glas-Glas-Modul. Beim Erhitzen im Laminator weicht der EVA-Kunststoff auf, umfließt die Zellen und härtet dann aus. Bei hoher Luftfeuchtigkeit kann er sich jedoch ablösen (Delamination). Ergebnis: Die Zellen korrodieren schneller.
- UV-Strahlung: Durch UV-Strahlen verfärbt sich die EVA-Folie mit der Zeit gelbbraun. Dafür verantwortlich sind sowohl lichtinduzierte Reaktionen in der Folie selbst als auch Reaktionen zwischen dem Silizium und Chemikalien im Glas. Das sogenannte Browning ist nicht nur ein ästhetisches Problem, sondern mindert die Performance der Zellen. Ergebnis: Das Licht wird nicht mehr vollständig absorbiert.
- Hotspots: Mehrere Solarzellen werden üblicherweise in Reihe geschaltet, um die Gesamtspannung zu erhöhen. Erzeugt eine Zelle aus der Reihe keinen Strom, weil sie beispielsweise im Schatten liegt, verhält sie sich wie ein Widerstand und erwärmt sich signifikant. Dieser Prozess senkt langfristig die Zellleistung und kann sie sogar zerstören.
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Drei Arten von Degradation
Die bereits genannten Einflussfaktoren gehören nur zu einem Bereich der Degradation. Sie wird bezeichnet als
Alterungsbedingte Degradation
Ist von der Degradation die Rede, ist normalerweise die Degradation durch Verschleißerscheinungen gemeint. Der üblicherweise angegebene Wert von 0,5 Prozent klingt erst einmal recht gering. Er bezieht sich jedoch auf ein Jahr – und ist damit kontinuierlich anzusetzen. Der Leistungsverlust summiert sich rein rechnerisch bis zum Ende der Leistungsgarantiezeit der Hersteller (i.d.R. 20-25 Jahre, s.o.) also auf 10-12,5 Prozent, bis zum Ende der Lebensdauer von angenommenen 30-40 Jahren auf 15-20 Prozent. Mit ihrer Leistungsgarantie (s.o.) gehen die Hersteller auf Nummer sicher und berücksichtigen bereits eventuelle Ausfälle aufgrund von Produktionsmängeln. Studien (s.u.) zeigen das Gegenteil, nämlich, dass die tatsächliche Jahresdegradation unter 5 Prozent anzusetzen ist.
Neben der altersbedingten Degradation existieren noch zwei weitere Degradationsarten:
Lichtinduzierte Degradation (LID) oder Anfangsdegradation
Es ist wie ein Flash. Kommen die Solarmodule zum ersten Mal mit Licht in Kontakt, sinkt ihr Wirkungsgrad. Doch das ist nicht bei allen Modultypen gleich. Bei a-Si Dünnschichtmodulen beträgt die Anfangsdegradation bis zu 25 Prozent. Der Grund: Bei Lichteinfall kommt es zum Aufknacken der ohnehin schwachen Bindungen im Kristall (Staebler-Wronski-Effekt) – und damit zur Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit. Nach etwa 1.000 Stunden Lichtbestrahlung stabilisiert sich der Zellwirkungsgrad wieder, weil alle schwachen Bindungen der a-Si-Zellen aufgeknackt sind und damit der Prozess beendet ist. Bei CIGS-Zellen sind die Bindungen stabiler, weshalb die Degradation wie bei kristallinen Modulen abläuft.
Bei kristallinen Modulen spielt die lichtinduzierte Degradation praktisch keine Rolle. Monokristalline Module altern in den ersten Tagen um ca. 1 Prozent, polykristalline um etwa 2 Prozent.
Da die lichtinduzierte Degradation den Modulherstellern natürlich bekannt ist, wird sie bei der Angabe der Nennleistung bereits berücksichtigt. Dies gilt für Dünnschichtmodule genauso wie für kristalline Module.
Potenzialinduzierte Degradation (PID) oder spannungsinduzierte Degradation
Die potenzialinduzierte Degradation beobachtet man bei kristallinen Modulen, die mit hohen Spannungen arbeiten. Da die negative Seite der Solarzellen eine Potenzialdifferenz gegenüber der Erde aufweist, bildet sich in einigen Fällen ein Strom entlang des Metallrahmens, der sogenannte Leckstrom, Richtung Erde. Die Anlagenleistung sinkt dann um bis zu 30 Prozent.
Inzwischen haben Solaranlagenhersteller das Problem jedoch erkannt. Bei Wechselrichtern mit Transformatoren besteht die Lösung darin, den Minuspol zu erden. Bei trafolosen Wechselrichtern legen sogenannte Offset Boxen nachts den Solarzellen ein positives Potential an und kehren damit die tagsüber entstandene Polarisation um.
Studien zur Lebensdauer von Solarzellen
Studien zur Degradation der unterschiedlichen Solarzelltypen sind dünn gesät. Es gibt zwar eine Untersuchung des National Renewable Energy Laboratory NREL, doch stammt sie bereits aus dem Jahr 2012 und kann daher nicht 1:1 auf die neueren Entwicklungen übertragen werden. Was aber immer noch gilt, ist, dass kristalline Zellen besser abschneiden als Dünnschichtmodule und dass der jährliche Leistungsverlust bei neueren Dünnschichtmodulen im Vergleich zu älteren abnimmt.
Eine neuere Studie des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE aus dem Jahr 2018 verglich 44 großflächige, waferbasierte Anlagen in Deutschland über einen Zeitraum von 10 Jahren. Die dort ermittelte durchschnittliche jährliche Degradation der Nennleistung von ca. 0,15 Prozent wird weiterhin in der mehrmals jährlich aktualisierten ISE-Publikation „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, Fassung vom 17.07.2022, aufgeführt. Auffallend ist, dass dies deutlich unter dem häufig angegebenen Wert von 0,5 Prozent pro Jahr liegt.
Eine neuere Studie gibt es noch nicht. Das ist schade, denn für Dünnschichtmodule liegen bisher keine langjährigen Daten vor. Ihre Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren kann sich aber durchaus sehen lassen.
TIPP
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Lebensdauer von Wechselrichter, Verkabelung, Stromspeicher & Co.
Nicht nur die Solarzellen degradieren mit den Jahren. Auch die übrigen Komponenten der Solaranlage verschleißen u.a. durch Niederschläge, Sonnenlicht und Verschmutzung.
- Wechselrichter sind äußerst sensibel. Nicht nur Feuchtigkeit und Staub, sondern auch Temperaturschwankungen und die elektrische Last setzen den Geräten zu. Die Herstellergarantie beträgt 2 bis 5 Jahre, im Schnitt erreichen Wechselrichter eine Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren. Liefert eine Solaranlage 30 Jahre lang Strom, sollten Besitzer während dieser Zeit mit einem ein- oder zweimaligen Austausch des Wechselrichters rechnen.
- PV-Leistungsoptimierer optimieren die Photovoltaik-Leistung bei Verschattung. Erfahrungsgemäß beträgt ihre Lebensdauer 15 bis 25 Jahre. Da die Hersteller normalerweise eine Garantie von 20 oder 25 Jahren gewähren, ist ein kostenloser Ersatz eines kurzlebigeren Power Optimizers
- Die Anschlussdose schützt die elektronischen Komponenten der Anlage wie Bypassdioden und Leistungsoptimierer. Bei Frost bilden sich Risse im Kunststoffgehäuse. Wasser kann eindringen und die sensible Elektronik beschädigen. Undichte Modulanschlussdosen müssen so schnell wie möglich ausgetauscht werden.
- Solarkabel sind auf UV-Strahlung und Wetterkapriolen ausgelegt und daher sehr robust. Lässt man sie in Ruhe ihre Arbeit tun, halten sie 20, manchmal 30 Jahre. Schwachstellen sind die Steckverbinder. Werden sie unsachgemäß verlegt oder herausgerissen und es dringt Feuchtigkeit ein, können Lichtbögen entstehen und die Stecker verschmoren. Neben Zugkräften sind mitunter Tiere wie Marder für Schäden an der Verkabelung
- Das Montagegestell gehört zu den dauerhaftesten Komponenten der Solaranlage. Die Materialien Aluminium, Edelstahl und verzinkter Stahl können problemlos mindestens 20 Jahre oder auch deutlich mehr schadlos überstehen. Auch, wenn die Herstellergarantien dafür selten über 10 Jahre hinausgehen.
- Beim Energiespeicher richtet sich die Haltbarkeit nach dem Speichertyp: Bei einem Blei-Säure-Speicher ist je nach Gerätebaujahr mit einer Lebensdauer von 7 bis 15 Jahren zu rechnen. Lithium-Ionen-Speicher sind auf 5.000 bis 10.000 Ladezyklen, d.h. auf eine Lebensdauer von 10 bis 20 Jahren
Möglichkeiten, die Lebensdauer von Solaranlagen zu erhöhen
Die Degradation von Solaranlagen komplett zu verhindern ist nicht möglich, da ein Teil des Verschleißes auf die Sonneneinstrahlung, Niederschläge und Temperaturschwankungen zurückgeht. Mit einigen Maßnahmen lässt sich der Leistungsverlust jedoch minimieren – und damit die Lebensdauer maximieren:
- Halten Sie die Module frei Verschmutzungen! Sand, Ruß, Blütenstaub und sonstige Ablagerungen wirken wie eine Barriere zwischen Sonnenstrahlen und Generator und lassen die Solarmodule altern.
- Vermeiden Sie Verschattungen! So werden keine Solarzellen durch Hotspots zerstört.
- Sparen Sie nicht beim Kauf der Komponenten! Hochwertige Solarmodule degradieren langsamer als solche, bei denen die Qualität der Materialien niedriger ist. Einer minimal höheren Anfangsinvestition steht eine stabilere Leistung über die Jahre gegenüber.
- Lassen Sie die Photovoltaikanlage regelmäßig warten! So werden ungünstige Bedingungen wie Hotspots und degradierte Zellen frühzeitig erkannt. Eine halbjährliche Sichtwartung kann der Anlagenbetreiber ebenso wie die Anlagenüberwachung meist selbst übernehmen. Einmal im Jahr, spätestens alle zwei Jahre, sollten die Komponenten jedoch auf Herz und Nieren geprüft
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Fazit zur Lebensdauer von PV-Anlagen
Die Herstellergarantien sollten nicht täuschen: Sind Photovoltaikanlagen keine No-name-Produkte und werden sie fachgerecht installiert, kann mit einer Lebensdauer von 30 bis 35, oft sogar 40 Jahren gerechnet werden. Lediglich einige Komponenten, darunter der Wechselrichter, müssen früher ausgetauscht werden. Um keine bösen Überraschungen zu erleben, sind entsprechende Rücklagen sinnvoll. Eine regelmäßige Wartung und ein sorgfältiger Umgang mit den allen Bauteilen können die Degradation verzögern und damit für eine längere Lebensdauer der Solaranlage sorgen.
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