Der Solarreinigung Leitfaden: eine komplette Übersicht zur Reinigung Ihrer Module

Der Solarreinigung Leitfaden: eine komplette Übersicht zur Reinigung Ihrer Module

Der folgende Leitfaden gibt eine Übersicht über die Reinigung von PV-Anlagen: Warum sollten Solaranlagen gereinigt werden? Welche Verschmutzungsarten gibt es? Welche Sicherheitsrisiken gehen von verschmutzen Photovoltaikmodulen aus? Wie wird die Wirtschaftlichkeit einer Solarreinigung bestimmt und worauf sollte man bei der Wahl des richtigen Reinigungspartners für die jeweilige Solaranlage achten?

1. Der Solarreinigung Leitfaden

Ständig wirken Witterungs- und Umwelteinflüsse auf Solaranlagen ein. Dreck- und Schmutzschichten setzen sich auf den Modulflächen ab und verhindern oder mindern den direkten Sonnenlichteinfall, was sich negativ auf die Erträge der Solarzellen auswirken kann.

Verunreinigungen von Solarmodulen treten in unterschiedlichsten Formen auf. Nicht immer sind diese mit bloßem Auge sichtbar. Feinste Staubschichten oder Schmutzfilme können sich ebenso negativ auf die Erträge der PV-Anlage auswirken, wie Vogelkot, Ruß, Laub oder Pollen.

Eine weitere Gefahr bergen zudem Moose und Flechten, die sich am Rahmen und an Konstruktionskomponenten der Solarmodule festsetzen können und diese langfristig beschädigen.

Auf Dauer können diese Verunreinigungen zu einem ernstzunehmenden Risiko für eine PV-Anlage werden.

Dieser Leitfaden gibt eine kurze Übersicht über die grundlegenden Aspekte der Solarreinigung. Welche Faktoren spielen bei Verschmutzungen eine Rolle? Welche gängigen Techniken werden bei der Reinigung durch professionelle Betriebe angewandt? Welche Voraussetzungen gibt es für eine Reinigung? Und wann lohnt es sich, über die Beauftragung eines professionellen Reinigungsbetriebs nachzudenken?

 

2. Verschmutzungsbilder und Verschmutzungsursachen

a. Verschmutzungsbilder

Auch wenn sich je nach Ort und Region die Art der vorzufindenden Verschmutzung unterscheiden kann, sind doch immer wiederkehrende Verschmutzungsbilder und -muster festzustellen. Professionelle Reinigungsfirmen sind darauf geschult, diese Bilder zu erkennen und die PV-Anlage mit der richtigen Technik fachmännisch von der Verschmutzung zu befreien.

Zu den gängigen, häufig auftretenden Verschmutzungsbildern zählen (klicken für Slider mit Beschriftung):

b.  Verschmutzungsursachen & -faktoren

Nicht nur die Verschmutzungsbilder haben einen wiederkehrenden Charakter. Auch bauliche, örtliche und wetterabhängige Faktoren sind identifizierbar, die Einfluss auf die Verschmutzung von PV-Anlagen haben. Zu den wichtigsten Gefahrenträgern einer erhöhten Verschmutzung zählen:

Neigung des Daches bzw. der Module der Solaranlage

Mit geringer werdender Neigung der Module steigt die Gefahr, dass Schmutz und Staubpartikel durch Niederschläge nicht von den Oberflächen gespült werden. Das führt dazu, dass sich an den Rahmen und Rändern von Modulen mit geringer Neigung deutlicher schneller lästige Schmutzränder ansammeln, die auf Dauer auch bis auf die ertragswirksame Modulschicht reichen können. Je größer diese Ränder werden, desto schneller können sie zudem die Aufnahme weiterer Partikel beschleunigen.

Schmutzfang Modul-Rahmen

An den Rahmen von PV-Modulen sammeln sich sehr häufig Schmutzränder und Partikel, wie bereits aus dem hervorgehenden Punkt hervorgeht. Ablaufender Niederschlag trägt Schmutz und Dreck an die Rahmen, wo sich dieser absetzt und zur Moos- und Schmutzschichtbildung beitragen kann.

Rahmenlose Module sind hier von Vorteil (z.B. Dünnschicht), wenngleich sie als etwas instabiler gelten.

Quermontage der Solarmodule

Eine Besonderheit bei der Installation von Solarmodulen ist die sogenannten Quermontage: Hierbei wird die längere Seite nach unten/oben montiert. Durch die Quermontage erhöht sich die Angriffsfläche für Schmutz, da die längere Modulseite dem ablaufenden Niederschlag ausgesetzt ist.

In der Regel ist zudem der Abstand zwischen Rahmen und Solarzelle auf der längeren Modulseite geringer. Schmutzränder und Moose wirken sich somit schneller ertragsmindern auf die Module aus.

Landwirtschaftliche Umgebung

In der Landwirtschaft entstehen gerade bei Einsatz schweren Geräts Staub und Schmutz, der aufgewirbelt und in die Luft getragen wird. Auch der Einsatz und Ausstoß von Chemikalien in Mast- und Zuchtbetrieben oder Gewächshäusern hat teils massive Verschmutzungen der Photovoltaik-Module zur Folge.

Industrielle Umgebung

Industrielle Umgebungen nehmen in der Regel weniger negativen Einfluss auf PV-Anlagen als die Landwirtschaft. Nichtsdestotrotz können auch hier zusätzliche Feinstaub- und Rußbelastungen auftreten, die ohne entsprechende Pflegemaßnahmen den Ertrag merklich verringern.

Niederschlagsarme Regionen und Zeiten

Regen und Schnee helfen dabei, Schmutz von Solarmodulen abzutragen. In niederschlagsarmen Regionen oder in Dürre-Perioden fällt dieser Reinigungs-Effekt dementsprechend geringer aus, wodurch sich Schmutz auch langfristig auf den Modulen anheften kann. Niederschläge allein verhindern allerdings nicht, dass Solaranlage langfristig verschmutzen.

3. Verschmutzungsgrade

Im Juni 2018 hat Milk the Sun die erste Studie zur Wirtschaftlichkeit von Reinigungen von PV-Freiflächenanlagen herausgegeben. In dieser Reinigungsstudie werden fünf Verschmutzungsgrade definiert, die eine vergleichbare Bewertung für die Solarreinigung ermöglichen sollen. Die fünf Verschmutzungsgrade sind wie folgt definiert:

Verschmutzungsgrad 1

sehr geringe Verschmutzung: leichter Staubfilm auf den Anlagen (mit dem bloßen Auge schwer zu erkennen)

Verschmutzungsgrad 2

geringe Verschmutzung: leichte Ablagerungen auf den Anlagen erkennbar

Verschmutzungsgrad 3

mittlere Verschmutzung: stärkere Ablagerungen auf den Anlagen erkennbar, Spuren von Vogelkot, erste Anzeichen von Moos und Flechten an den Rändern der Module

Verschmutzungsgrad 4    

starke Verschmutzung: starker Schmutzfilm bis hin zu Verkrustungen, Vogelkot, hoher Anteil an Moosen und Flechten an den Rändern

Verschmutzungsgrad 5

sehr starke Verschmutzung: starke und hartnäckige Verkrustungen auf den Modulen, starke Moos- und Flechtenbewuchs an den Rändern, gegebenenfalls Modulfläche nicht mehr als solche kenntlich, möglicherweise irreversible Verschmutzungen auf den Modulen.

4. Sicherheitsrisiko Verschmutzung von PV-Anlagen

Wenn einzelne Zellen des Moduls partiell verschmutzt bzw. abgedeckt werden, können diese sich besonders stark erwärmen. Sollten sich die Zellen so stark erhitzen, dass es zu einer Beschädigung des Moduls kommt, kann dies gegebenenfalls brennbares Material unter dem Modul entzünden. In den meisten Fällen kommt es jedoch zu einer oft unbemerkten Langzeitschädigung der Module und einer damit verbundenen Leistungsminderung, ohne dass ein Brand ausgelöst wird.

Wenn sich ablaufendes Wasser an der Unterkante von Modulen staut, was insbesondere bei niedriger Modulneigung der Fall sein kann und dort über einen längeren Zeitraum stehen bliebt, kann Feuchtigkeit ins Laminat eindringen; Delaminierungs-Effekte können die Folge sein.

5. Techniken der Solarreinigung im Überblick

Generell lassen sich die verschiedenen, am Markt gängigen Reinigungstechniken in drei Bereiche unterteilen: Handreinigung, maschinelle Reinigung und Roboterreinigung. Das Vorgehen der Solarreinigung unterscheidet sich innerhalb dieser Bereiche aber auch im Einsatz von Reinigungsmitteln, Wasserfiltern, Werkzeugen und Maschinen erheblich.

Am meisten verbreitet ist bei Solarreinigungen die Verwendung von Harzfiltern, die das verwendete Wasser entsalzen und entmineralisieren, um Rückstände zu vermeiden. Einige Anbieter setzen auch auf Reinigungsverfahren unter Verwendung spezieller Reinigungsmittel. Beim Einsatz von Reinigungsmitteln ist zu beachten, ob diese von den Modulherstellern zugelassen sind und keinen negativen Einfluss auf die Umwelt haben.

a.   Handreinigung

Unter Handreinigung werden all jene Reinigungstechniken geführt, bei denen die Reinigung durch Menschen unter Verwendung von besonderen Handbürsten erfolgt.

Bei Kleinstanlagen erfolgt die Reinigung dabei meist nach gängigen Prinzipien und Standards der Glasflächenreinigung.

Zur Reinigung von größeren Anlagen (ab 7-10 kWp aufwärts) werden in der Regel Teleskop-Stangen eingesetzt. An diesen Stangen werden Bürsten geführt, die elektrisch oder mechanisch durch Wasserdruck in Rotation versetzt werden.

Durch den höheren Wasserdurchsatz erzielen wassergetriebene Hochdruck-Systeme meist etwas bessere Flächenleistungen als vergleichbare elektrische Bürsten.

Auch bei Erst-Reinigungen großer PV-Anlagen von mehreren hundert kWp bis in den Megawatt-Bereich kann sich die Handreinigung lohnen – insbesondere dann, wenn Moose und Krustenbildungen an den Rändern und den Aufständerungen bereits weit fortgeschritten sind. Auch wenn der Einsatz von Maschinen und Robotern durch die örtlichen Gegebenheiten nicht möglich ist, wird auf die Handreinigung zurückgegriffen.

b.   Maschinelle Reinigung

Unter der maschinellen Reinigung versteht man die Reinigung von Solaranlagen mit maschineller Unterstützung. Hierfür werden etwa großflächige Bürstensysteme und Reinigungsaufsätze per Fahrzeug (z.B. Traktoren) geführt und bewegt. Dadurch wird die Reinigung maßgeblich beschleunigt. Große Modulflächen lassen sich so in deutlicher kürzerer Zeit sehr effizient reinigen.

Die maschinelle Reinigung erfordert in der Regel, dass die Abstände zwischen den Modulreihen groß genug sind, um den Einsatz von Fahrzeugen zu ermöglichen.

c. Roboterreinigung

Wie der Name bereits vermuten lässt, wird bei der Roboterreinigung die Solarreinigung von Reinigungsrobotern übernommen. Diese Reinigungsroboter werden von den Reinigungsdienstleistern auf den Solaranlagen montiert oder freifahrend per Sensortechnik oder Fernsteuerung über die Module gelenkt. Auch wenn sich die Technik hier stetig verbessert, sind der Solarreinigung durch Roboter durch Modulneigung oder Modulmontage Grenzen gesetzt.

6. Wann sollte die PV-Anlage gereinigt werden

Die Frage nach der Solarreinigung beruht neben den sicherheitsrelevanten Themen auf zwei wesentlichen Faktoren: Den Erträgen einerseits und dem Erhalt des Investments auf der anderen Seite.

Lassen sich Einbußen bei den Erträgen der PV-Anlage feststellen, die auf Verschmutzungen zurückzuführen sind, so empfiehlt es sich, eine Reinigung durchzuführen. Der wirtschaftliche Aspekt dieser Frage wird im folgenden Punkt 5 a. behandelt.

Sollten Verschmutzungen festzustellen sein, die langfristig Einfluss auf Haltbarkeit, Sicherheit und Funktion der Module und Konstruktion haben können, ist eine Reinigung dringend in Erwägung zu ziehen, um Schäden und Ausfälle zu vermeiden.

a.   Wann lohnt sich die Photovoltaik-Reinigung

Wann sich die Reinigung einer PV-Anlage lohnt, ist letztendlich eine wirtschaftliche Frage. Die durch die Reinigung entstandenen Kosten müssen sich durch den Mehrertrag, der durch die Reinigung erwirtschaftet wird, mindestens amortisieren.

Um die Wirtschaftlichkeit einer Solarreinigung zu berechnen, müssen folglich zwei Faktoren beachtet werden: Die Anzahl der Kilowattstunden, die eine Solaranlage an Mehrertrag erwirtschaften muss, um die Reinigungskosten wiedereinzuspielen, sowie den prozentualen Mehrertrag für die Gesamtproduktion der Anlage.

Wirschaftlichkeitsberechnung der Reinigung einer Photovoltaik-Anlage

Das Ergebnis ist letztendlich ein prozentualer Wert, der angibt, wie stark die Erträge der Anlage durch eine Reinigung auf ein Jahr (!) gerechnet ansteigen müssen, damit sich die Kosten innerhalb dieses Zeitraums amortisieren.

b. Beispiele Wirtschaftlichkeitsrechnungen für PV-Reinigungen

Die folgenden Beispielrechnungen werden anhand von fiktiven Preisen durchgeführt, die auf dem Markt durchaus erzielbar sind.

Beispielrechnung I: Dachanlage 500 kWp
Für eine PV-Dachanlage mit einer Größe von 500 Kilowatt liegt ein Angebot für eine halbautomatische Reinigung per Handführung mit Gesamtkostenpunkt 3.000€ vor (Reinigungskosten + Anfahrtskosten über 500km sowie Personaleinsatz). Die Einspeisevergütung einer Anlage aus 2010 bei dieser Größe liegt bei 0,3523 € /kWh. Der spezifische Ertrag der Anlage aufgrund der lokalen Sonneinstrahlung beträgt 970 kWh/kWp. Daraus ergibt sich folgende Rechnung:

Berechnung der Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage anhand eines Beispiels (Dachanlage)

Ergebnis: Wird durch die Solarreinigung der PV-Anlage eine Ertragssteigerung über nur ein Jahr von gerade einmal 1,76% erreicht, so ist die Reinigung nur für dieses Jahr gerechnet bereits wirtschaftlich.

Beispielrechnung II: Freiflächenanlage 2.500 kWp

Die Reinigungskosten bei einer Freiflächenanlage von 2.500 kWp belaufen sich laut Angebot für eine halbautomatische, maschinelle Reinigung auf insgesamt 4.650 Euro. Die Anlage aus dem Jahr 2012 erhält eine Einspeisevergütung von 0,135 €/kWh. Laut den Daten der vergangenen Jahre ist der spezifische Ertrag der Anlage bei 960 kWh/kWp. Die Wirtschaftlichkeitsrechnung für ein Jahr lautet also:

Ist die Reinigung der Photovoltaikanlage wirtschaftlich?

Für diese Anlage, die mit 13,5 Cent pro kWh schon eine relativ geringe Einspeisevergütung erhält, ist nur ein Reinigungseffekt nötig, der die Performance der Anlage über das Jahr gerechnet um 1,4% erhöht, damit eine jährliche Reinigung sinnvoll ist.

c. Die Milk the Sun-Reinigungsstudie

Milk the Sun hat 2018 die erste wissenschaftliche Studie zur Reinigung von Photovoltaik-Freiflächenanlagen durchgeführt, um herauszufinden, welchen Einfluss eine professionelle Reinigung auf die Erträge hat.

Im Zuge der Studie wurden 17 unterschiedlichste Freiflächenanlagen partiell gereinigt. Die Erträge der gereinigten Flächen wurden dann über einen Zeitraum von sechs Monaten mit den Erträgen eines ebenso großen ungereinigten Teilstücks der jeweiligen Anlage vergleichen.

Als einflussreichste Faktoren einer erfolgreichen Solarreinigung wurden im Rahmen der Studie der Modulneigungswinkel, der Verschmutzungsgrad sowie das Inbetriebnahme-Datum der Anlage identifiziert.

Die Studie kann in deutscher Sprache unter folgendem Link angefordert werden:

Zur Reinigungsstudie

 

7. Voraussetzungen für eine PV-Reinigung

Die Voraussetzungen für die Durchführung einer Solarreinigung sind in der Regel die Zugänglichkeit zur Modulfläche und der Anschluss an fließendes Wasser sowie ein Stromanschluss. Beides kann auch gegen Aufpreis vom Reinigungsdienstleister gestellt werden. Alle weiteren Geräte und Werkzeuge, die benötigt werden, stellt in der Regel der Dienstleister.

Je nach Reinigungstyp ergeben sich besondere Anforderungen bezüglich der Begehbarkeit und Zugänglichkeit der Anlagen, die im Einzelfall erörtert werden müssen.

a. Sicherheitsvorkehrungen für Dachanlagen

Insbesondere für Dachanlagen sind die Mitarbeiter der Reinigungsfirmen auf besondere Sicherheitsvorkehrungen angewiesen und müssen diesen zur Einhaltung von Unfallverhütungsvorschriften strikt beachten. Aus diesem Grund ist es in Vorbereitung der Reinigungsarbeiten sehr wichtig, die Dach- und Anlagengegebenheiten dem Dienstleister im Voraus mitzuteilen. Das geschulte Personal kann sich so optimal auf den Einsatz vorbereiten und mit den notwendigen Absicherungsmaßnahmen die Reinigung durchführen und ggf. notwendige Hubtechnik oder Gerüste bereitstellen.

8. Das passende PV-Reinigungsunternehmen finden

Dienstleister für die Solareinigung gibt es viele. Deshalb ist es notwendig, sich mit dem Angebot, dem Auftritt und der Professionalität des potenziellen Reinigungsunternehmens auseinanderzusetzen.

Um PV-Anlagenbetreibern bei der Bewertung der Reinigungsdienstleister zu unterstützen, werden in der Branche verschiedene Zertifikate vergeben, etwa vom TÜV Rheinland oder OQS. Zu den jeweiligen Kriterien der Zertifizierung gehören Schulungsqualität, Kenntnisse über Aufbau und Funktionsweise der Solartechnik, besondere Reinigungstechniken für die jeweiligen Modultypen, behördlicher Bestimmungen sowie professionelle Ausstattung und strukturiertes Vorgehen bei der Reinigung und Protokollierung des Vorgehens sowie der Dokumentation von Sichtschäden und potenziellen Gefahrenquellen an der PV-Anlage.

 

Den richtigen Reinigungspartner finden mit Milk the Sun

Bei der Vermittlung von Reinigungsaufträgen setzt Milk the Sun auf ein Netzwerk aus spezialisierten, geprüften und erfahrenen Reinigungspartnern. Setzen Sie sich gerne in Vorbereitung der Reinigung Ihrer PV-Anlage mit uns in Verbindung:

 

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