Stell dir vor, du sitzt im Sommer mit einem Eis in deinem Garten und freust dich, dass nicht nur du heute Sonne tanken kannst, sondern auch deine Photovoltaikanlage. Dein stromfressender Gefrierschrank ist damit bestens versorgt und dein Eis schmeckt dadurch umso besser. Da du schon lange nicht mehr den Stromertrag deiner Anlage gecheckt hast, greifst du zu deinem Smartphone. Bei dem Blick in die App ist dir sofort klar, hier stimmt was nicht! Dein kritischer Blick wandert zuerst nach oben zur Sonne, dann zu deiner in Sonnenstrahlen badenden Anlage und wieder zurück auf dein Smartphone. Die Sonne knallt vom Himmel und deine Anlage produziert viel zu wenig Strom!
In Anbetracht dessen, dass eine Photovoltaikanlage, egal ob es sich um eine große Aufdachanlage oder um ein kleines Balkonkraftwerk handelt, eine mehr oder minder große Investition ist, die darauf ausgerichtet ist, mehrere Jahrzehnte zu halten, ist eine solche Situation mehr als ärgerlich. Die Amortisationszeit, also die Zeit, nach der die Anlage ihre ursprünglichen Kosten durch Kosteneinsparung oder Einspeisevergütung wieder erwirtschaftet hat, liegt typischerweise zwischen neun und dreizehn Jahren. Berücksichtigt man die Lebensdauer von monokristallinen Solarzellen von ca. 20 bis 25 Jahren, rechnet sich die Anschaffung einer Photovoltaikanlage also schon nach der Hälfte der Betriebszeit. Um die Anschaffungskosten zu senken und somit auch die Amortisationszeit zu verkürzen, wird oft zu billigeren Bauteilen gegriffen. Am häufigsten wird an den kleinen Bauteilen wie den Kabeln, den Steckern oder dem Wechselrichter gespart. In diesem Artikel erklären wir dir, warum du gerade an diesen Teilen nicht sparen solltest und was unsere Lösung für diese Problematik ist.
Ausfälle bei Photovoltaikanlagen: eine Untersuchung
Die Sonne als kostenlose Energiequelle zu nutzen, ist eine geniale Erfindung. Bei den unterschiedlichen Möglichkeiten im Bereich der Photovoltaik ist für jeden Bedarf und jeden Geldbeutel etwas dabei – von der großen Aufdachanlage, über Mini-PV-Anlagen mit vier Modulen auf dem Schuppen bis hin zu Balkonkraftwerken mit bis zu zwei Modulen für kleinere Balkone. Allen gemein ist aber, dass ein Ausfall der Anlage möglich ist. Wenn du nicht gerade zu denjenigen gehörst, die ihre Anlage rund um die Uhr auf ihre Funktionsfähigkeit kontrollieren, kann es auch mal zu längeren unbemerkten Ausfällen kommen, was sich zwangsläufig negativ auf die Amortisationszeit der Anlage auswirkt.
Wie bei den meisten technischen Systemen, gibt es auch bei Photovoltaikanlagen verschiedene Fehlerquellen, die zum Ausfall der gesamten Anlage führen können. Der Hauptteil aller Ausfälle wird jedoch von Fehlern beziehungsweise Beschädigungen an den drei wesentlichen Bestandteilen einer Photovoltaikanlage verursacht. Das sind erstens die Module, zweitens der Wechselrichter und drittens die Kabel- und Steckverbindungen. Sobald eines dieser Bauteile ausfällt, kann entweder kein Strom mehr produziert oder der produzierte Strom nicht mehr transportiert oder eingespeist werden.
Das „Solar Bankibility“-Projekt, ein von der EU gefördertes Forschungsprojekt, hat die Häufigkeit verschiedener Fehler und den damit einhergehenden Ertragsverlust von Photovoltaikanlagen untersucht. Hierfür wurden europaweit installierte Photovoltaikanlagen betrachtet, die Ursachen von über einer Million Ausfällen untersucht und die dadurch entstandenen Ertragsverluste berechnet. Die Ergebnisse siehst du in der folgenden Grafik, die die Top 20 Ausfallursachen in Bezug auf die dadurch entstandenen Verluste zeigt [1]:
Die Grafik stellt die jährlichen Produktionsverluste einer Photovoltaikanlage in € pro Kilowattpeak installierter Leistung dar, die durch verschiedene Fehler verursacht werden (rechte Spalte). Die Fehler sind in der mittleren Spalte beschrieben, wobei die linke Spalte angibt, welches Bauteil von dem Fehler betroffen ist. Die Abkürzung „CAB“ umfasst die Kabel- und Steckverbindungen, „INV“ den Wechselrichter, „MOD“ die Solarmodule, „TX MV/HV“ den Transformator (meist Teil des Wechselrichters), „CONN/DIST BOX“ den Verteilerkasten bzw. Hauptschalter der Anlage und „STRUCT“ die Unterkonstruktion der Module.
Insgesamt sechs der 20 Ursachen gehen auf fehlerhafte Kabel- und Steckverbindungen zurück. Besonders auffällig ist, dass die Top 2 der Ertragsverluste beide auf fehlende oder fehlerhafte Kabelverbindungen zurückzuführen sind und fast zwei- bzw. dreimal so hohe Verluste verursachen als der Wechselrichter-Fehler auf Platz 3.
Auch wenn die Untersuchung des „Solar Bankibility“-Projekts vor allem Daten großer Photovoltaikanlagen enthält, sind deren Ergebnisse auch auf Mini-PV-Anlagen sowie Balkonkraftwerke übertragbar. Kleinere Anlagen müssen ebenso extremen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, starker Sonneneinstrahlung, Witterung und Temperaturschwankungen standhalten. Das „Solar Bankibility“-Projekt empfiehlt daher den Einsatz hochqualitativer Bauteile. Diese sind zwar teurer in der Anschaffung, reduzieren aber durch ihre längere Lebensdauer und höhere Effizienz die Betriebskosten und das Risiko für Ausfälle.
Fehlerquelle Kabel: Die kleinste Komponente als größter Übeltäter
Dass an den Kabeln und Steckern einer Anlage nicht gespart werden sollte, zeigt die Untersuchung des „Solar Bankibility“-Projekts deutlich, denn Fehler oder Beschädigungen an den Kabeln stellten sich hier als die Verursacher der höchsten Ertragsverluste beim Betrieb von Photovoltaikanlagen heraus. Was ist also zu beachten? Es gibt verschiedene Probleme beziehungsweise Fehler, die besonders bei importierten Kabeln und Steckern mit unzulänglicher Qualität auftreten können.
Kabel als Verbindungsstücke zwischen den verschiedenen Bauteilen einer Photovoltaikanlage sind besonderen Umweltbelastungen ausgesetzt. Die starke Sonneneinstrahlung führt zu beschleunigter Alterung der Kabelisolierung, wodurch diese brüchig und somit auch durchlässig wird. Am besten achtest du deshalb schon bei der Installation der Anlage darauf, dass die Kabel möglichst wenig Sonnenlicht ausgesetzt sind. Darüber hinaus solltest du Kabel mit UV-resistenter Isolierung verwenden, deren Alterungsprozess durch Sonnenlicht weniger stark beschleunigt wird, und darauf achten, dass die Kabel nicht zu stark geknickt und dadurch beschädigt werden.
Für die Stecker gilt in Bezug auf die Sonneneinstrahlung dasselbe. Zudem sollten die Stecker eine stabile Verbindung zwischen Bauteil und Kabel herstellen. Das heißt, die Stecker müssen sowohl gut isolieren und das Eindringen von Wasser verhindern, als auch mechanische Belastungen durch Dehnung oder Ziehen aushalten können und dabei nicht den elektrischen Widerstand verändern. Um stabile Steckverbindungen mit gutem elektrischem Kontakt und geringem Widerstand sicherzustellen, setzen wir in unserem gesamten Portfolio auf die MC4-Evo2 Stecker von Stäubli.
Kabel und Stecker sollten nicht als getrennte Bauteile betrachtet werden, sondern müssen gut miteinander verbunden sein. Hier kommt es vor allem auf die Crimpung, also die Verbindung der Kabel an den Stecker an. Bei einer mangelhaften Crimpung, erhöht sich der Widerstand der gesamten Verbindung, was einen erheblichen Leistungsverlust nach sich ziehen kann. Zudem ist ein hoher Widerstand in Steckern und Verbindungen auch deshalb problematisch, da es zu einem selbstverstärkenden Prozess kommen kann. Ein hoher Widerstand in Bauteilen erzeugt Wärme, was den elektrischen Widerstand weiter erhöht. Durch die so entstehende Hitze können Kabel und Stecker beschädigt und ein Ausfall der gesamten Photovoltaikanlage begünstigt werden.
Unsere Lösung: Von unserem Partner produzierte Kabel Made in Germany
Kabel von schlechter Qualität sind die Achillesferse von Photovoltaikanlagen. Um die genannten Schwachstellen zu umgehen und rundum sichere und zuverlässige Anlagen anbieten zu können, verzichten wir in unseren Sets bewusst auf Importware. Die in unseren Solaranlagen enthaltenen Kabel lassen wir von unserem lokalen Partner unter höchsten Qualitätsstandards fertigen. Mit unseren Made in Germany Kabeln gewährleisten wir die bestmögliche Verbindung zwischen Kabel und Stecker und können so langlebige Photovoltaikanlagen garantieren. Bei der Produktion wird die Qualität der Verbindungen durch verschiedene Prüf- und Messverfahren sichergestellt. Weitere Einblicke in die Fertigung und die Prüfung unserer Kabel erhältst du in einem weiterführenden Artikel.
Insgesamt können wir also festhalten, dass es sich bei allen Photovoltaikanlagen jeglicher Größe lohnt, in Qualität zu investieren. Vor allem an den Kabeln und Steckern solltest du nicht sparen, da diese mit Abstand die günstigsten Bauteile sind, bei Beschädigung jedoch für die höchsten Ertragsverluste sorgen.
Die Untersuchung des „Solar Bankibility“-Projekts zeigte, dass einige Ertragsverluste zudem auf nicht ordnungsgemäße Installation zurückzuführen sind. Besonders Balkonkraftwerke leben von der „Do-it-yourself“-Idee, da sie ohne Fachpersonal montiert und angeschlossen werden können. Um Problemen durch Installationsfehler vorzubeugen, kommen all unsere Sets mit detaillierten und verständlichen Schritt-für-Schritt-Montageanleitungen, durch die keine Fragen offen bleiben sollten. Sollte dies dennoch der Fall sein, gibt unser Support Hilfestellung.
