Ertragsverluste durch verschmutzte PV-Module: Ursachen, Messgrößen und wirtschaftliche Einordnung

Was Sie wissen sollten

• Verschmutzte PV-Module können den Jahresertrag mindern. Die in der Fachliteratur genannten Bandbreiten schwanken stark und gelten nur unter bestimmten Bedingungen wie Standort, Neigung und Messzeitraum.
• Ursachen sind Umweltablagerungen wie Staub, Vogelkot oder Pollen, die weniger Licht auf die Module lassen.
• Ob eine Reinigung den Ertrag zurückholt, hängt von vielen Faktoren ab: Verschmutzung, Leistung, Eigenverbrauch, Stromwert, Kosten und Zustand der Anlage.
• Eine punktuelle Leistungsmessung ist nicht dasselbe wie der Energieverlust über das ganze Jahr. Man sollte diese beiden Werte nicht verwechseln.

Eine Photovoltaikanlage ist eine langfristige Investition, die sich rentieren soll. Faktoren wie Sonneneinstrahlung und technische Alterung haben Betreiber meist auf dem Schirm. Ein schleichender Prozess wird aber oft unterschätzt: die Verschmutzung der Module. Viele sehen einen leichten Grauschleier nur als Schönheitsproblem, dabei kann er eine echte Ertragsbremse sein. Ob sich das wirtschaftlich auswirkt, sollte man im Einzelfall prüfen.

Wie Schmutz die Leistung Ihrer PV-Anlage mindert

Eine Solarzelle erzeugt Strom, wenn Licht auf ihr Halbleitermaterial trifft. Jede Schicht, die sich zwischen Sonne und Zelle befindet, fängt einen Teil des Lichts ab. Eine Schmutzschicht aus Staub, Pollen oder Ruß wirkt dabei wie ein Graufilter. Sie schluckt und spiegelt Licht, bevor es die Zelle erreicht. Wie stark dieser Effekt ist, hängt davon ab, wie dick und dicht die Schmutzschicht ist.

Zusätzlich zur allgemeinen Leistungsminderung gibt es ein weiteres Problem bei hartnäckigem Schmutz wie Vogelkot oder festem Laub. Man spricht hier vom Hot-Spot-Effekt. Wenn eine Zelle oder ein kleiner Bereich stark verschattet ist, wirkt die Zelle wie ein elektrischer Widerstand. Der Strom der anderen Zellen kann sich dort in Wärme umwandeln. Ein Wärmebild allein zeigt aber nicht, ob so eine heiße Stelle von Schmutz oder von einem technischen Defekt wie einem Zellbruch kommt. Dafür braucht es eine elektrotechnische Prüfung. Mehr dazu finden Sie im Beitrag zur PV-Thermografie.

Typische Verschmutzungsarten und ihre Ursachen in Österreich

Art und Stärke der Verschmutzung hängen immer vom Standort ab. Ein Dach in einem Wiener Innenbezirk verschmutzt anders als eine Freiflächenanlage im Marchfeld oder ein Hotel in den Kitzbüheler Alpen.

Organische Verschmutzungen

Organische Verschmutzungen sind vielfältig. Im Frühling legen sich oft gelbe Pollenschleier über die Anlagen. Während leichter Staub vom Regen meist abgewaschen wird, können klebrige Pollen von Nadelbäumen hartnäckige Beläge bilden. In waldreichen Gegenden wie dem Bregenzerwald oder dem Salzkammergut kommt viel Laub, Nadeln und Harz auf die Module. Feuchtes Laub wird auf flachen Dächern zu einem schmierigen Film und bietet Nährboden für mehr. Auch Flechten und Moose sind ein Problem. Sie wachsen oft von den Modulrändern über das Glas und ihre Wurzeln können Dichtungen angreifen. Vogelkot ist nicht nur unschön, seine Säure kann die Antireflexschicht des Glases angreifen und Hot-Spots verursachen. In der Landwirtschaft, speziell bei Viehställen, kann aus Ammoniakdämpfen, Staub und Feuchtigkeit ein klebriger, dunkler Biofilm aus Bakterien und Algen entstehen.

Anorganische und industrielle Verschmutzungen

Zu den anorganischen Verschmutzungen zählen vor allem Staub und Sand von nahen Baustellen, aus der Landwirtschaft oder durch Saharastaub. In der Nähe von Industriegebieten wie um Linz und Graz oder an stark befahrenen Straßen wie der Brennerautobahn sind Anlagen zusätzlich durch Ruß und Abgas-Ablagerungen belastet.

Mythos Selbstreinigung: Warum Regen und Schnee oft nicht ausreichen

Hersteller werben oft mit einer schmutzabweisenden Beschichtung und einem „Selbstreinigungseffekt“ durch Regen. In unserer Praxis sehen wir aber, dass dies nur unter idealen Bedingungen funktioniert. In Österreich gibt es dafür oft klare Grenzen:

1. Die Neigung der Module: Das ist der wichtigste Faktor. Erst ab einer Neigung von ungefähr 25 bis 30 Grad spült Regenwasser losen Schmutz gut ab. Auf Flachdächern oder bei geringer Neigung unter 15 Grad, wie wir es oft bei Gewerbeimmobilien sehen, bleibt das Wasser stehen. Es verdunstet und hinterlässt eine richtige Schmutzschicht.
2. Art des Schmutzes: Hartnäckiger Schmutz wie Vogelkot, Flechten oder klebrige Biofilme aus der Landwirtschaft werden vom Regen allein nicht entfernt.
3. Wirkung von Schnee: In den Alpen hoffen viele Betreiber, dass abrutschender Schnee die Module säubert. Grober Schmutz wird dabei zwar mitgerissen, aber das Schmelzwasser verteilt feine Partikel oft neu und hinterlässt nach dem Trocknen einen Schmutzfilm. Besonders für Tourismusbetriebe etwa in Zell am See ist die Leistung im Frühling wichtig. Eine Reinigung nach dem Winter kann hier je nach Lage der Anlage sinnvoll sein.
4. Alterung der Beschichtung: Die wasserabweisenden Eigenschaften der Oberfläche lassen durch UV-Strahlung und Witterung über die Jahre nach.

Man muss auch die Wiederanschmutzung bedenken. Ein frisch gereinigtes Modul fängt sofort wieder an, Staub und Pollen zu sammeln. Wie schnell sich ein neuer Belag bildet, hängt vom Standort und vom Wetter ab. Eine einmalige Reinigung ist also keine Dauerlösung. Es ist eine wiederkehrende Arbeit, bei der das Intervall vom Standort abhängt.

Ertragsverluste einordnen: Momentanmessung, Jahresertrag und Normalisierung

Wenn es darum geht, wie stark Schmutz den Ertrag mindert, werden in der Praxis oft zwei Messgrößen verwechselt. Es ist wichtig, hier zu unterscheiden zwischen der momentanen Leistung und dem Jahresenergieverlust. Bei einem Leistungsvergleich wird die Leistung eines sauberen Moduls mit einem schmutzigen Nachbarmodul verglichen. Das Ergebnis zeigt nur den Unterschied in diesem Moment und ist nicht automatisch der Verlust über das ganze Jahr, weil sich Schmutz, Wetter und Einstrahlung ja ständig ändern. Der tatsächliche Jahresenergieverlust ergibt sich, wenn man die erzeugte Energiemenge über ein ganzes Jahr mit dem Erwartungswert vergleicht. Dafür muss man die Daten aber auf die tatsächliche Sonneneinstrahlung im Zeitraum „normalisieren“, denn ein sonnenarmes Jahr hat ja von Haus aus weniger Ertrag.

Eine seriöse Einschätzung stützt sich also auf die Monitoring-Daten über einen längeren Zeitraum, die idealerweise witterungsnormalisiert sind. Punktuelle Messungen können das Bild ergänzen. Pauschale Angaben wie „10 % Verlust pro Jahr“ für jede Anlage sind unseriös. Sie ignorieren Standort, Neigung, Wetter und wie gemessen wurde. In der Fachliteratur findet man Bandbreiten von etwa 2 % bis über 20 % Verlust. Solche Werte gelten aber immer nur unter den dort genannten Bedingungen und lassen sich nicht einfach auf eine andere Anlage übertragen.

Methoden zur Einschätzung des Verschmutzungseinflusses

• Vergleichsmessung an Modulen: Hier reinigen wir ein oder mehrere Module und vergleichen ihre Leistung bei gleicher Sonneneinstrahlung mit einem schmutzigen Nachbarmodul. Man muss aber wissen: Das saubere Modul verschmutzt sofort wieder. Die Messung ist also nur eine Momentaufnahme.
• Analyse der Monitoring-Daten: Facility Manager können die Performance Ratio (PR) über mehrere Jahre auswerten, idealerweise mit witterungsnormalisierten Werten. Sinkt die PR im Vergleich zum Vorjahr bei ähnlichem Wetter, kann das auf Schmutz hindeuten. Es kann aber auch andere Ursachen haben, wie im PR-Kasten beschrieben.
• Thermografische Analyse: Eine Wärmebildaufnahme kann Auffälligkeiten wie Hot-Spots zeigen. Ob die aber von Schmutz, Schatten oder einem technischen Defekt kommen, lässt sich allein vom Wärmebild nicht sicher sagen. Eine solche Prüfung im Rahmen einer PV-Thermografie gibt Hinweise, ist aber bei Verdacht auf technische Probleme kein Ersatz für eine elektrotechnische Messung.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung: Wann kann sich eine professionelle Reinigung rechnen?

Die Entscheidung für eine Reinigung ist eine einfache betriebswirtschaftliche Rechnung. Ist der Wert des zurückgewonnenen Stroms höher als die Reinigungskosten, kann sich die Maßnahme lohnen. Wie schnell sich das rechnet, hängt von der Verschmutzung, der Anlagengröße, dem Eigenverbrauch, dem Strompreis und den Reinigungskosten ab. Eine pauschale Aussage zur Amortisationsdauer kann man nicht treffen.

Beispielrechnung (rein illustrative Modellrechnung mit angenommenen Werten, keine Zusage konkreter Erträge):

• Anlagengröße: 100 kWp
• Standort: Gewerbebetrieb in Oberösterreich
• Angenommener Jahresertrag (spezifisch): 950 kWh/kWp → 95.000 kWh/Jahr
• Angenommener, im Einzelfall gemessener Ertragsverlust durch Verschmutzung: 10 %
• Rechnerisch zurückgewinnbarer Ertrag: 9.500 kWh
• Angenommener Strompreis / Einspeisetarif: 0,20 €/kWh
• Rechnerischer Mehrertrag durch Reinigung: 9.500 kWh × 0,20 €/kWh = 1.900 €

Ob die Kosten für die PV-Reinigung darunterliegen und sich die Maßnahme im ersten Jahr amortisiert, muss für jede Anlage einzeln geprüft werden.

Orientierungswerte aus der Fachliteratur

Die folgende Tabelle fasst Bandbreiten für den jährlichen Ertragsverlust zusammen, die in der Fachliteratur genannt werden. Das sind allgemeine Orientierungswerte unter typischen Bedingungen. Sie sind keine Prognose für eine konkrete Anlage. Die tatsächlichen Werte Ihrer Anlage sollten Sie über Ihre eigenen, witterungsnormalisierten Monitoring-Daten ermitteln.

Risiken der unsachgemäßen Reinigung

Wer versucht, seine PV-Anlage selbst oder durch unqualifiziertes Personal reinigen zu lassen, geht Risiken für die Anlage und die eigene Sicherheit ein.

• Mechanische Schäden: Harte Bürsten, Hochdruckreiniger oder kratzende Schwämme beschädigen das Modulglas und die Antireflexschicht. Man sollte die Module auch nicht betreten. Dabei können Mikrorisse in den Zellen entstehen, die die Leistung mindern.
• Chemische Schäden: Normale Haushaltsreiniger oder aggressive Chemikalien können Dichtungen und den Aluminiumrahmen angreifen. Das kann zu Undichtigkeiten und Korrosion führen.
• Elektrische Gefahren: Sobald Licht auf eine PV-Anlage fällt, steht sie unter Spannung. Wasser in Verbindung mit kaputten Kabeln oder Steckern kann Kurzschlüsse und Stromschläge verursachen. Dazu kommt die Absturzgefahr bei Arbeiten auf dem Dach.

Verschmutzung kann den Ertrag einer PV-Anlage mindern. Wie stark, lässt sich nur für die jeweilige Anlage anhand witterungsnormalisierter Monitoring-Daten und einer Sichtprüfung beurteilen. Pauschale Prozentangaben sind dafür nur bedingt aussagekräftig. Die Selbstreinigung durch Regen funktioniert nur bei günstigen Bedingungen und versagt bei hartnäckigen Belägen und flachen Dächern. Eine regelmäßige Inspektion und die Auswertung der Ertragsdaten geben Aufschluss darüber, ob etwas getan werden muss. Eine fachgerechte Reinigung, durchgeführt von zertifizierten Spezialisten, kann im Einzelfall zur Ertragssicherung und zum Werterhalt beitragen.

Weiterführend: Lesen Sie dazu auch die Frage, wann sich eine PV-Reinigung lohnt.