Nach dem Winter geht es einigen PV-Anlagen so richtig dreckig. Zwar hat die Schweizer Hochschule für Technik und Architektur herausgefunden, dass dicke Schneedecken beim Abschmelzen die Module etwas reinigen. Die weiße Pracht kann aber nur einen Teil der ertragsmindernden Verschmutzung beseitigen. Und Schnee fällt ja auch nicht überall.
Seit dem Frühjahr 1994 betreibt das Photovoltaiklabor der Schweizer Hochschule für Technik und Architektur / Burgdorf ein Testzentrum für PV-Anlagen. Im Laufe der Zeit konnten die Wissenschaftler die Entwicklung permanenter Verschmutzungsstreifen am unteren Rand der verwendeten gerahmten Solarmodule beobachten. Dieser Dreck bewirkt eine allmähliche Reduktion des Energieertrags der Anlage. Die Untersuchungen der Forscher ergaben, dass die Ertragsminderung längerfristig gesehen zwischen neun und elf Prozent liegt.
Rasensprenkler fürs Dach
Diesen durchschnittlichen Wert haben auch verschiedene Reinigungsfirmen aus der Solarbranche ermittelt und Reinigungskonzepte entwickelt. Die nordrhein-westfälische Firma Steffens Consulting vertreibt beispielsweise ein System von Getrieberegnern, die ähnlich wie Rasensprenkler funktionieren. Für die Reinigung einer 30-Kilowatt-Anlage mit einer Fläche von 200 bis 300 Quadratmetern würde man fünf bis sechs Regner benötigen, die an der Ober- und Unterkante des Solardaches installiert werden und sich während des Reinigungsvorgangs um ihre eigene Achse drehen. Die Firma verwendet wegen seines hohen Kalkgehaltes kein normales Nutzwasser, sondern arbeitet mit in Behältern aufgefangenem, weniger kalkhaltigem Regenwasser, das in ein spezielles Regenwassersystem eingespeist wird. Mit der Methode von Steffens Consulting lassen sich 240 Quadratmeter Dachfläche reinigen.
„Unser System hat den Vorteil, dass es vollautomatisiert ist. Zudem arbeitet es vollkommen selbstständig, so dass niemand aufs Dach klettern muss. Dadurch besteht auch nicht die Gefahr, dass Module während der Reinigung beschädigt werden“, sagt Firmenchef André Steffens.
Neben der Reinigung kann das Getrieberegnersystem zur Kühlung von Modulen eingesetzt werden. „Auch eine zu starke Erhitzung der Module kann zu einem Ertragsverlust führen“, erläutert Steffens. Bei Außentemperaturen von 30 bis 35 Grad Celsius könnten Zelltemperaturen von bis zu 80 Grad zustande kommen. Der Wirkungsgradverlust von Modulen durch eine Überhitzung liegt, laut Steffens, zwischen 0,4 und 0,5 Prozent pro Grad Celsius. „Das Kühlverfahren befindet sich momentan noch in einer experimentellen Phase. Mit unserer Reinigungsmethode haben wir aber schon sehr gute Erfahrungswerte erzielen können“, sagt er.
Gefahr fürs Glas
Während die Reinigungsarbeiten von Frühjahr bis Herbst täglich und von morgens bis abends durchgehend durchgeführt werden können, sollte eine Kühlung der Anlage nicht bei allzu großer Hitze vorgenommen werden. „An sehr heißen Tagen ist es empfehlenswert, die Anlage erst am Nachmittag zu kühlen, weil das Glas der Module auf Grund der starken Temperaturunterschiede sonst brechen könnte“, erläutert Steffens.
Bei allzu starken Verschmutzungen, die sich zu Anfang eines Jahres auf einer Anlage abgelagert haben, ist das Getrieberegnersystem von Steffens Consulting allerdings nicht ausreichend. „Dann muss in jedem Fall zusätzlich noch eine manuelle Reinigung vorgenommen werden“, sagt Steffens.
Dennoch meint der Firmeninhaber, dass sich die Anschaffung des Getrieberegnersystems, dessen Kosten zwischen 2.500 und 3.500 Euro liegen, für Betreiber von größeren Anlagen zwischen 40 und 50 Kilowatt durchaus lohnt. „Bei kleineren Anlagen unter 30 Kilowatt wäre eine solche Investition jedoch eher unwirtschaftlich“, sagt er.
Nicht nur sauber, sondern rein
Auch die Weikersheimer Firma Herborn setzt bei ihrem Reinigungskonzept auf eine spezielle Sorte von Wasser. Reinstwasser ist die Wunderwaffe des Unternehmens gegen hartnäckige Schmutzablagerungen. Dabei handelt es sich um entmineralisiertes Wasser, dem Eisen, Magnesium und Kalk entzogen wurde. Dadurch erhält dieses Wasser im Hinblick auf Schmutz magnetähnliche Eigenschaften. Im Unterschied zu einer Reinigung mit Regenwasser, das immer noch über einen gewissen Kalkanteil verfügt, besteht beim Einsatz von Reinstwasser nicht die Gefahr von Kalkrückständen auf den Modulen. „Durch den Einsatz von Reinstwasser können auch stärkere Verschmutzungen von den Modulen gut gelöst werden“, sagt Firmeninhaber Joachim Herborn. Das Verfahren hat allerdings auch einen Nachteil: Es ist sehr zeitintensiv.
Das Reinigungskonzept der Reinfelder Firma Vermatek basiert ebenfalls auf Reinstwasser. Zusätzlich setzt die Firma jedoch auf von ihr speziell für die Modulreinigung entwickelte Bürsten. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie besonders weich, fest und hitzebeständig sind und über Reinigungsdüsen verfügen. Befestigt werden die Solarreinigungsbürsten an Carbonstangen, die sich in der Länge jeweils um 1,50 Meter erweitern lassen. Die Wasserversorgung erfolgt über zwei dünne Schläuche, die an den Carbonstangen befestigt sind.
Das Reinigungssystem von Vermatek arbeitet mit Niedrigdruck. „Bei einer Reinigung von Modulen wäre es gefährlich, mit Hochdruck zu arbeiten, weil sich die Modulrahmen dadurch lösen könnten“, erläutert Harry Hampel, technischer Leiter von Vermatek. Zudem hätten Hochdruckbürsten den Nachteil, dass sie nicht in die Kanten der Module gelangen könnten und auch zu schnell rotierten. Demgegenüber zeichne sich das Verfahren von Vermatek dadurch aus, dass es sehr schonend sei und jegliche Belastung der Module während des Reinigungsprozesses vermieden werde. Durch den Einsatz eines speziellen Waschmittels auf Wasserbasis, auf dessen Auswahl man ein besonderes Augenmerk gerichtet habe, sei ein gewisser Langzeitschutz der Module gewährleistet.
Was den Reinigungszyklus anbelangt, empfiehlt die Firma Anlagenbetreibern eine jährliche Reinigung. „Auf den Modulen bilden sich zunächst Schmutzinseln, die sich im Laufe des Jahres, ähnlich wie eine Flechte, auf dem ganzen Modul ausbreiten“, erläutert Hampel.
Zukünftige Herausforderungen bestehen für die Firma darin, das Bürstensystem weiter zu verbessern. „Wir arbeiten daran, die Bürsten haltbarer zu machen. Außerdem sollen sie noch weicher werden und dadurch einen höheren Reinigungswert erhalten“, sagt Hampel.
Schmutz-Terminator
Ein Reinigungskonzept ganz eigener Art kann die nordrhein-westfälische Firma Agroservice seit Anfang April dieses Jahres anbieten. Mit dem Reinigungsroboter „Solarmob“ hat Firmeninhaber Christoph Deimel eine speziell für die Reinigung von Solarmodulen konzipierte technische Lösung entwickelt. Der Roboter verfügt über Saugnäpfe, mit deren Hilfe er sich über die Glasfläche der Module bewegt. An seiner Vorderseite sind weiche Bürsten angebracht, die mit Wasser besprüht werden und die die Module dann mit einer rotierenden Bewegung abbürsten. In Betrieb genommen wird der Roboter über eine Funkfernsteuerung. Das Gewicht des „Solarmob“ beträgt 35 Kilogramm und entspricht damit der Flächenbelastung einer Schneedecke. Der Roboter kann bis zu vier Zentimeter breite Spalten und auch Höhenunterschiede in derselben Größenordnung überwinden. Einer Kalkbildung bei der Reinigung beugt die Firma durch die Verwendung von entkalktem Wasser vor. Für Christoph Deimel bestehen die entscheidenden Vorzüge des maschinellen Reinigungsverfahrens darin, dass es dabei zu keiner Streifenbildung auf den Modulen kommt. Außerdem sei die Belastung der Solarmodule während der Reinigungsprozedur sehr gering. Ein Problem besteht für Deimel momentan jedoch noch darin, die Frage zu lösen, wie der Roboter auf das Dach gelangen soll. Derzeit setzt die Firma zu diesem Zweck einen Hubsteiger ein. Da der Roboter aber durch seine Saugnäpfe über die Fähigkeit verfügt, senkrecht an einer Wand hochzufahren, erwägt Deimel auch noch eine andere Lösungsmöglichkeit. „Der Solarmob könnte zum Beispiel mit einem Alublech ausgestattet werden, auf dem er auf das Solardach hinauffahren könnte“, sagt er.
Hersteller warten auf Regen
Auf Seiten der Modulhersteller hält man eine gesonderte Reinigung der Module, sofern der Neigungswinkel des Daches zwischen zehn und 15 Grad beträgt und sich die Anlagen nicht in Gebieten mit einem hohen Verschmutzungspotenzial befinden, nicht für unbedingt erforderlich. Der Regen sei bei geringen bis mittelmäßigen Verschmutzungen ausreichend. Bei stärkeren Ablagerungen müsse jedoch eine zusätzliche Reinigung vorgenommen werden, sagt die Pressesprecherin der Erfurter Firma Ersol, Janina Broscheit. Und auch Lars Waldmann, Sprecher des Alzenauer Unternehmes Schott Solar, empfiehlt in diesem Fall eine jährliche Reinigung. Die Hamburger Firma Conergy rät zu einer regelmäßigen Anlagenüberprüfung in Bezug auf Schmutzablagerungen. Zusätzlich haben Schott Solar und Conergy Modulkonzepte entwickelt, durch die allzu starke Schmutzablagerungen verhindert werden sollen. So bestehen die Module von Schott aus einem strukturierten, geriffelten Glas, das auf Grund seiner Struktur eine schmutzabweisende Wirkung hat. Und die Modulserie PowerPlus der Firma Conergy verfügt über einen speziell entwickelten Rahmen mit einer optimierten Wasserablaufkante. Dieses Rahmenteil wurde zur Modulmitte hin so verjüngt, dass sich das Wasser auf dem Modul nicht sammeln und ungehindert über den Modulrahmen abfließen kann. „Dadurch wird verhindert, dass sich im Wasser enthaltene Schmutzpartikel auf den Modulen ablagern können, und es lässt sich eine längerfristige Schmutzablagerung vermeiden“, sagt Martin Bambach von Conergy.
