Die Nennleistung ist die Nennkapazität von Photovoltaik (PV) -Geräten wie Solarzellen, -tafeln und -systemen und wird durch Messen des elektrischen Stroms und der Spannung in einem Stromkreis bestimmt, während der Widerstand unter genau definierten Bedingungen variiert wird. Diese Standard Test Conditions (STC) sind in Normen wie IEC 61215, IEC 61646 und UL 1703 festgelegt; speziell beträgt die Lichtintensität 1000 W / m², mit einem Spektrum, das ähnlich dem Sonnenlicht ist, das bei 35 ° N im Sommer auf die Erdoberfläche auftrifft (Luftmasse 1,5), wobei die Temperatur der Zellen 25 ° C beträgt. Die Leistung wird gemessen, während die ohmsche Belastung des Moduls zwischen einem offenen und einem geschlossenen Stromkreis (zwischen maximalem und minimalem Widerstand) variiert wird. Die höchste gemessene Leistung ist die Nennleistung des Moduls in Watt. Diese Nennleistung dividiert durch die Lichtleistung, die auf eine bestimmte Fläche einer Photovoltaikanlage fällt (Fläche × 1000 W / m2), definiert ihre Effizienz, das Verhältnis der elektrischen Leistung des Geräts zur einfallenden Energie.

Die Nennleistung ist wichtig für die Auslegung einer Installation, um ihre Verkabelung und Umrichter korrekt zu dimensionieren. Wenn die verfügbare Fläche begrenzt ist, ist auch der Solarzellenwirkungsgrad und damit die Nennleistung pro Fläche (z. B. kW / m2) relevant. Für den Modulvergleich ist der Preis pro Nennleistung (zB $ / W) relevant. Für die physikalische Ausrichtung und den Standort einer bestimmten Anlage ist die erwartete jährliche Produktion (z. B. kWh) pro Jahr unter Annahme der Nennleistung, dh des Kapazitätsfaktors, wichtig. Mit einem prognostizierten Kapazitätsfaktor kann der Preis pro geplanter Jahresproduktion (zB $ / kWh) für eine bestimmte Anlage geschätzt werden. Schließlich kann mit einem prognostizierten Wert der Produktion die Amortisation der Kosten einer Anlage geschätzt werden.

Die Spitzenleistung ist nicht die gleiche wie die Leistung unter tatsächlichen Strahlungsbedingungen. In der Praxis wird dies durch die starke Erwärmung der Solarzellen um ca. 15-20% geringer ausfallen. Darüber hinaus wird in Anlagen, in denen Strom in Wechselstrom umgewandelt wird, wie beispielsweise Solarkraftwerke, die tatsächliche gesamte Stromerzeugungskapazität durch den Wechselrichter begrenzt, der aus wirtschaftlichen Gründen üblicherweise eine niedrigere Spitzenkapazität aufweist als das Solarsystem. Da die DC-Spitzenleistung jedes Jahr nur für wenige Stunden erreicht wird, kann mit einem kleineren Wechselrichter Geld gespart werden, während nur ein sehr kleiner Teil der gesamten Energieproduktion gekappt (verschwendet) wird. Die Kapazität des Kraftwerks nach der DC-AC-Umwandlung wird normalerweise in WAC im Gegensatz zu Wp oder WDC angegeben.

Definition
Watt Peak bezieht sich auf die elektrische Leistung, die von Solarmodulen unter Standard-Testbedingungen (STC) mit folgenden Parametern geliefert wird:

Zelltemperatur = 25 ° C
Bestrahlungsstärke = 1000 W / m²
Sonnenlichtspektrum nach AM = 1,5.

Watt-Spitze
Das Internationale Büro für Maße und Gewichte, das den SI-Standard beibehält, besagt, dass die physische Einheit und ihr Symbol nicht dazu verwendet werden sollten, spezifische Informationen über eine bestimmte physikalische Größe zu liefern und dass sie nicht die einzige Informationsquelle für eine Menge sein sollten. Nichtsdestoweniger werden im umgangssprachlichen Englisch manchmal die Quantitätsleistung und ihre Einheit unter Verwendung der Nicht-SI-Einheit Watt-Peak und des Nicht-SI-Symbols Wp, das innerhalb des SI vorangestellt ist, z. B. Kilowatt-Peak (kWp), Megawatt-Peak (MWp), Als solche kann beispielsweise eine Photovoltaikanlage mit „einem Kilowatt-Peak“ im Sinne von „ein Kilowatt Spitzenleistung“ beschrieben werden. Ähnlich wird außerhalb des SI die Spitzenleistung manchmal als „P = 1 kWp“ im Gegensatz zu „Ppeak = 1 kW“ geschrieben. Im Zusammenhang mit häuslichen PV-Anlagen ist das Kilowatt (kW) die häufigste Einheit für Spitzenleistung, manchmal als kWp angegeben.

Leistungsabgabe unter realen Bedingungen
Die Leistung von Photovoltaikanlagen variiert mit der Intensität der Sonneneinstrahlung und anderen Bedingungen. Je mehr Sonne, desto mehr Leistung wird das PV-Modul erzeugen. Verluste, verglichen mit der Leistung unter optimalen Bedingungen, treten aufgrund einer nicht idealen Ausrichtung des Moduls in Neigung und / oder Azimut, höhere Temperatur, Modulleistungsfehlanpassung auf (da die Paneele in einem System in Reihe geschaltet sind, definiert das leistungsschwächste Modul die Leistung von die Zeichenfolge, zu der es gehört), Verschmutzung und Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. Die Leistung, die ein Modul unter realen Bedingungen erzeugt, kann die Nennleistung überschreiten, wenn die Intensität des Sonnenlichts mehr als 1000 W / m2 beträgt (was etwa im Sommer in Deutschland ungefähr der Mittagszeit entspricht) oder wenn Sonnenstrahlung nahe 1000 W / m2 auftritt bei niedrigeren Temperaturen.

Umwandlung von DC nach AC
Die meisten Länder beziehen sich auf die installierte nominale Nennkapazität von PV-Systemen und -Panels, indem sie die in Watt-Peak angegebene DC-Leistung als Wp oder manchmal WDC zählen, wie dies bei den meisten Herstellern und Organisationen der Photovoltaik-Industrie wie SEIA, SPE oder IEA der Fall ist. PVPS.

An einigen Orten der Welt wird jedoch die Nennkapazität eines Systems angegeben, nachdem die Leistungsabgabe in Wechselstrom umgewandelt wurde. Zu diesen Orten gehören Kanada, Japan (seit 2012), Spanien und einige Teile der Vereinigten Staaten. Für die meisten PV-Kraftwerke im Kraftwerksmaßstab, die die CdTe-Technologie nutzen, wird AC anstelle von DC verwendet. Der Hauptunterschied liegt in dem geringen Prozentsatz (etwa 5%, gemäß dem IEA-PVPS) von Energieverlust während der DC-AC-Umwandlung. Darüber hinaus können einige Netzvorschriften die Leistung einer PV-Anlage auf bis zu 70% ihrer nominalen Gleichstromleistung begrenzen (Deutschland). In solchen Fällen kann der Unterschied zwischen der nominalen Spitzenleistung und der umgewandelten AC-Ausgangsleistung somit bis zu 30% betragen. Aufgrund dieser zwei unterschiedlichen Metriken müssen internationale Organisationen die offiziellen Zahlen aus den oben genannten Ländern zurück in die reine DC-Produktion umwandeln, um eine kohärente globale PV-Bereitstellung in Watt-Peak zu melden.

Um zu klären, ob die Nennleistung („Watt-Spitze“, Wp) tatsächlich Gleichstrom oder bereits in Wechselstrom umgewandelt ist, wird sie manchmal explizit als beispielsweise MWDC und MWAC oder kWDC und kWAC bezeichnet. Der umgewandelte WAC wird oft auch als „MW (AC)“, „MWac“ oder „MWAC“ geschrieben. Genau wie für Wp sind diese Einheiten nicht SI-konform, aber weit verbreitet. In Kalifornien beispielsweise, wo die Nennleistung in MWAC angegeben ist, wird ein Verlust von 15 Prozent bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom angenommen. Dies kann nicht nur für Nicht-Experten extrem verwirrend sein, da sich die Umwandlungseffizienz auf nahezu 98 Prozent verbessert hat, sich die Netzvorschriften ändern können, sich einige Hersteller vom Rest der Branche unterscheiden können und Länder wie Japan ein verschiedene metrische von einem Jahr zum anderen.

Ausgangsleistung unter realen Bedingungen
Die Ausgangsleistung der Photovoltaikanlage hängt von der Intensität der Sonnenstrahlung und anderen Umständen ab. Mehr Sonneneinstrahlung bedeutet höhere Leistung des Photovoltaikmoduls. Verluste können auf die ungerichtete Ausrichtung des Moduls (Neigung und / oder Ausrichtung) durch hohe Temperatur, schlechte Modulleistung, Verschmutzung und DC-Umwandlung in Wechselstrom zurückzuführen sein. Es ist wichtig zu wissen, dass die maximale Leistung des Moduls die Nennleistung überall dort, wo die Lichtintensität höher als 1000 W / m 2 ist (etwa gleich Mittag im Sommer Bayern), leicht übersteigen kann.

Kosten pro Watt
Obwohl Watt-Peak ist eine bequeme Maßnahme, und ist die standardisierte Zahl in der Photovoltaik-Industrie, auf der Preise, Umsatz und Wachstumszahlen basieren, ist es wohl nicht die wichtigste Zahl für die tatsächliche Leistung. Da die Aufgabe eines Solarmoduls darin besteht, elektrische Energie zu minimalen Kosten zu erzeugen, sollte die Menge an Energie, die unter realen Bedingungen im Verhältnis zu seinen Kosten erzeugt wird, die wichtigste zu bewertende Zahl sein. Diese „Cost-per-Watt“ -Maßnahme ist in der Industrie weit verbreitet.

Es kann vorkommen, dass ein Panel der Marke A und ein Panel der Marke B im Labortest genau den gleichen Watt-Peak ergeben, aber ihre Leistung ist bei einer realen Installation unterschiedlich. Dieser Unterschied kann durch unterschiedliche Abbauraten bei höheren Temperaturen verursacht werden. Zur gleichen Zeit, obwohl die Marke A weniger produktiv sein kann als die Marke B, kann sie auch weniger kosten und hat somit das Potenzial, finanziell vorteilhaft zu werden. Ein alternatives Szenario kann auch wahr sein: Ein teureres Panel kann so viel mehr Energie produzieren, dass es finanziell günstiger ist als ein billigeres Panel. Eine genaue Analyse der langfristigen Leistung im Vergleich zu den anfänglichen und laufenden Kosten ist erforderlich, um zu bestimmen, welches Panel den Eigentümer zu besseren finanziellen Ergebnissen führen kann.

Benutzen
Wörter wie „Die Photovoltaik-Anlage hat eine Kapazität von 10 kWp“ oder „Dies ist eine 1,2 MWp Freiflächen-Solaranlage“ sind umgangssprachlich. Es müsste formal korrekt sein „Die Photovoltaikanlage hat eine Nennleistung von 10 kW“ unter der Annahme der Standard-Prüfbedingungen „oder“ Dies ist eine 1,2 MW Freifeld-Solaranlage (Nennleistung unter der Annahme der Standard-Prüfbedingungen) “ .

Die Aussage „benötigt eine Fläche von ca. 6 bis 10 m² pro kWp“ bedeutet, dass für eine gewünschte Systemleistung von 1 kW unter Standard-Testbedingungen eine Fläche von ca. 6 bis 10 m² benötigt wird.

Entsprechend ist die Notation „P nominal = 1 kW“ für Photovoltaikanlagen der Notation „P = 1 kW p“ vorzuziehen, da eine Addition von Ergänzungen zu Einheitensymbolen nicht normkonform ist.

Praxisrelevanz in Deutschland
Die Bestrahlungsstärke von 1000 W / m² ist ein Übergangswert unter realen Bedingungen. Je öfter man kommt, desto näher ist man dem Äquator und desto höher ist der Meeresspiegel. Es hängt auch davon ab, wie nahe die Sonne am höchsten Punkt ist. Es wird normalerweise nur in den Mittagsstunden eines ungetrübten Tages in Deutschland erreicht.

Messungen der Bestrahlungsfrequenz in Deutschland, gemessen in einer halben Minute, zeigen ebenfalls Werte oberhalb. Diese können aufgrund von Reflexion und Streuung auch bis zu 1500 W / m² erreichen. Aufgrund der temporären kurzen Verfügbarkeit und der Tatsache, dass Wechselrichter in der Regel für eine Bestrahlungsstärke von 1000 W / m (ökonomisches Maximum) ausgelegt sind, werden sie selten eingesetzt. Das Maximum der Bestrahlungsstärke am Rand der Erdatmosphäre entspricht der Solarkonstante E 0 und beträgt 1367 W / m².

Im Normalbetrieb haben Solarmodule oder Solarzellen in der Regel eine wesentlich höhere Betriebstemperatur als die im Test vorgesehenen 25 ° C und damit bei einer Einstrahlung von 1 kW / 1 einen um bis zu 20% geringeren Wirkungsgrad und eine entsprechend geringere tatsächliche Leistungsabgabe. m². Bei einer generell starren Ausrichtung einer ortsfesten Photovoltaikanlage werden die Zellen selten genau senkrecht zum einfallenden Licht ausgerichtet, wodurch die Bestrahlungsstärke um den Kosinus des Einfallswinkels reduziert wird.

Die Angabe in Watt Peak dient zum Vergleich von koextensiven Solarmodulen unterschiedlicher Produktion in ihrer Effizienz und der Dimensionierung der verschiedenen Komponenten eines Solarsystems. Es kann nicht als alleiniger Hinweis für die Charakterisierung einer Photovoltaikanlage verwendet werden, da es für den Energieertrag und für die Wirtschaftlichkeit des Systems wesentliche Parameter wie Karosserie (Freifläche, Dach, Raupen) und Standort, d. H. der Breitengrad und damit verbunden die durchschnittliche Bestrahlungsstärke, oder die am Standort herrschenden klimatischen Bedingungen wie die Temperatur werden ignoriert.

Zusammengefasst entspricht für eine tatsächlich realisierte Photovoltaikanlage die Angabe der Leistung in Wattpeak keiner maximalen Leistung oder Dauerleistung. Da die Strahlungsbedingungen oft schlechter sind und die Module in der Regel wesentlich wärmer sind als unter Standard-Testbedingungen, wird die Spitzenleistung in der Praxis nur sporadisch erreicht und noch seltener überschritten.