In der Photovoltaikbranche ist das Performance Ratio (PR) eine zentrale Kennzahl zur Beurteilung der Systemleistung und hat direkten Einfluss auf den Investitions- und Betriebswert von Solarparks. Kürzlich haben viele Kunden nach der Effizienz von Photovoltaik-Systemen gefragt, um das Konzept des PR besser zu verstehen und wie man es berechnet. Viele gehen davon aus, dass die Degradationsrate der Module oder die Umwandlungseffizienz der Wechselrichter die gesamte Systemeffizienz widerspiegeln, doch dem ist nicht so.

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.

Inhaltsverzeichnis:

1. Was ist PR? Wie berechnet man sie?
2. Wichtige Überlegungen bei der Messung von PR-Werten
3. Was beeinflusst die PR?
4. Welcher PR-Wert gilt als Standard?
5. Methoden zur Verbesserung des PR
6. Fazit

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:

Schritte und Überlegungen zur Messung des PR:
Um den PR-Wert eines Photovoltaik-Kraftwerks zu messen, folgen Sie diesen allgemeinen Schritten:

1. Installation von Überwachungsgeräten:
   Installieren Sie Überwachungsgeräte wie Solarstrahlungsmesser, Thermometer und Amperemeter im Kraftwerk, um die Ausgangsleistung, Umweltfaktoren und meteorologischen Bedingungen in Echtzeit zu überwachen.
2. Datensammlung:
   Sammeln Sie über einen Zeitraum hinweg Daten zur Ausgangsleistung des Kraftwerks, der Solarstrahlung pro Flächeneinheit, der Modultemperatur, des Neigungswinkels und anderer Parameter.
3. Berechnung der theoretischen Stromerzeugung:
   Basierend auf den technischen Parametern der Photovoltaik-Module, der lokalen Solarstrahlung und der Umgebungstemperatur berechnen Sie die gesamte erwartete Stromerzeugung unter Standard-Testbedingungen (STC).
4. Berechnung der tatsächlichen Stromerzeugung:
   Nutzen Sie die Echtzeit-Überwachungsdaten, um die tatsächliche vom System erzeugte Energie über den angegebenen Zeitraum zu berechnen.
5. Berechnung des PR-Werts:
   Vergleichen Sie die tatsächliche Stromerzeugung mit der theoretischen Stromerzeugung, um den PR-Wert des Systems zu berechnen.

Wichtige Überlegungen bei der Messung von PR-Werten:

1. Wählen Sie typische sonnige Perioden:
   Um die Zuverlässigkeit der Testergebnisse zu gewährleisten, wird empfohlen, typische sonnige Perioden für die Tests auszuwählen. Dies vermeidet Störungen durch Wetteränderungen wie bewölkte oder regnerische Bedingungen, die die Testergebnisse verfälschen könnten.
2. Sicherstellen der Genauigkeit der Messgeräte:
   Stellen Sie sicher, dass alle Messgeräte, wie Strahlungsmesser, Thermometer und andere Überwachungsgeräte, kalibriert und genau sind. Dies ist entscheidend, um die Präzision und Glaubwürdigkeit der Testdaten zu gewährleisten.
3. Durchführung wiederholter Tests zur Sicherstellung der Genauigkeit:
   Tests sollten mehrmals wiederholt werden, um die Zuverlässigkeit und Konsistenz der Ergebnisse sicherzustellen. Mehrere Messungen helfen dabei, zu bestätigen, dass die Ergebnisse korrekt sind und etwaige Anomalien identifiziert und berücksichtigt werden.
4. Sicherstellung der Konsistenz der Testbedingungen:
   Für konsistente Testdaten ist es wichtig, stabile Bedingungen während des gesamten Testzeitraums aufrechtzuerhalten. Dazu gehören konsistente Testzeiten, die Einstellungen der Testgeräte und die Umgebungsbedingungen während jedes Tests. Die Wahrung der Einheitlichkeit dieser Faktoren stellt sicher, dass die gesammelten Daten vergleichbar und genau sind.

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.
Für weitere Informationen zur Komponenten-Degradation können Sie unseren Blogartikel "Leitfaden 2023 zum Verständnis der Degradation von Solarmodulen" lesen.

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%. Methoden zur Reinigung von Staub und Schnee finden Sie in unserem Artikel: "Kennen Sie die Bedeutung der Reinigung von Solarmodulen?"

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.

Welcher PR-Wert wird als Standard betrachtet?

1. PR-Wert unter idealen Bedingungen
Unter theoretischen Idealbedingungen (keine Verschattung, keine Temperaturverluste, keine Komponentenabnutzung usw.) kann der PR-Wert 90 % bis 95 % erreichen. In der Praxis ist es jedoch nahezu unmöglich, dass ein Photovoltaik-System diesen Bereich erreicht, da verschiedene Umweltfaktoren und Systemverluste immer eine Rolle spielen.

2. PR-Wert-Bereiche für tatsächliche Projekte

• Bodenmontierte Solar-Kraftwerke: Der PR-Wert liegt typischerweise zwischen 80 % und 90 %. Besonders effiziente Solar-Kraftwerke unter optimalen Bedingungen können bis zu 90 % erreichen.
• Dachmontierte Solar-Kraftwerke: Aufgrund von Faktoren wie Verschattung durch das Dach, Winkelbeschränkungen und begrenztem Platz liegt der PR-Wert in der Regel zwischen 75 % und 85 %.
• Landwirtschaftliche oder schwimmende Solaranlagen (besondere Umgebungen): Aufgrund unterschiedlicher Sonnenlichteinflüsse und Temperaturbedingungen kann der PR-Wert für landwirtschaftliche oder schwimmende Solaranlagen zwischen 70 % und 85 % schwanken.

3. Regionale Unterschiede im PR-Wert

• Gebiete mit hoher Strahlung (z. B. Naher Osten und Teile Australiens): In diesen Regionen können die PR-Werte höher als der Durchschnitt sein, typischerweise im Bereich von 85 % bis 90 %.
• Gebiete mit moderater Strahlung (z. B. Südeuropa): Der PR-Wert liegt normalerweise zwischen 80 % und 85 %.
• Gebiete mit niedriger Strahlung (z. B. Nordeuropa): Aufgrund klimatischer Bedingungen kann der PR-Wert zwischen 75 % und 80 % liegen.

4. IEC 61724-Standard für PR-Werte
IEC 61724 bietet Richtlinien zur Messung der PR-Werte, definiert jedoch nicht strikt, was einen „qualifizierten“ PR-Wert ausmacht. Im Allgemeinen wird ein branchenüblicher PR-Wert von über 80 % als effizient angesehen, während ein PR-Wert unter 70 % auf Wartungsbedarf oder Optimierungsbedarf hinweisen könnte.

Methoden zur Verbesserung des PR

Innovative und flexible Methoden zur Verbesserung der PV-Systemeffizienz (PR)

Neben den üblichen Maßnahmen gibt es auch innovative und flexible Methoden, die helfen können, das Performance Ratio (PR) von Photovoltaikanlagen weiter zu verbessern. Kunden können auf die Effizienzformel zurückgreifen:

PRT = ET / (Pe * hT)

um sie flexibel auf verschiedene Szenarien anzuwenden.

Ein Beispiel: Die Installation von manuell verstellbaren Montageschienen ist eine einfache, aber effektive Möglichkeit, die Systemleistung zu steigern.（Wie wähle ich eine Photovoltaik-Halterung?） Diese verstellbaren Halterungen können auf zwei verschiedene Winkel für Sommer und Winter eingestellt werden, wodurch das System an die unterschiedlichen Sonnenstrahlungswinkel im Laufe des Jahres angepasst wird. Dadurch wird die Exposition der Solarmodule gegenüber Sonnenlicht maximiert, was sowohl die Energieproduktion als auch die Systemeinstellungen verbessert und somit den PR-Wert steigert.

Darüber hinaus kann die Anwendung von intelligenten Betriebs- und Wartungssystemen (O&M) die Effizienz von PV-Anlagen erheblich optimieren. Diese intelligenten Analysesysteme sind in der Lage, den Status der Anlage in Echtzeit zu überwachen und zu analysieren, Fehler genau zu identifizieren und diese schnell zu beheben. Durch präzise Fehlerdiagnosen und schnelle Reaktionen können Ausfallzeiten minimiert werden, was die Gesamtleistung des Systems steigert und eine langfristig stabile Energieproduktion sicherstellt – und damit auch den PR-Wert verbessert.

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.

Wir hoffen, dass dieser Artikel wertvolle Einblicke gegeben hat, und wenn Sie Gedanken oder Fragen haben, hinterlassen Sie bitte einen Kommentar unten. Lassen Sie uns diskutieren und unsere Ideen teilen!

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.

Empfohlene Lektüre: