Nach einem gebäudeintegriertes Photovoltaikdach (BIPV). installiert ist, ist die Reinigung eine der am häufigsten übersehenen Betriebs- und Wartungsaufgaben.
Entwürfe werden überprüft, die Konstruktion wird geprüft und die Netzanbindung wird getestet. Doch der Reinigung wird oft weitaus weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Wenn der Eigentümer einen Rückgang der Stromerzeugung bemerkt, können sich die Verschmutzungsverluste bereits über ein ganzes Jahr angesammelt haben.
Dieser Leitfaden beantwortet drei wichtige Fragen: Wie viel Strom geht ohne Reinigung verloren? Wie oft sollte ein BIPV-Dach gereinigt werden? Und wie lässt es sich reinigen, ohne das System zu beschädigen?
Die Kosten einer vernachlässigten Reinigung: Wie viel Energie geht durch Verschmutzung verloren?
Das Klima bestimmt das Ausmaß der Verschmutzungsverluste
Verschmutzungsverluste werden nicht behoben. Sie hängen von der örtlichen Niederschlagsmenge, der Staubkonzentration in der Luft, dem Neigungswinkel des Moduls, der Windgeschwindigkeit und anderen Umgebungsbedingungen ab.
| Klimazone | Jährlicher Verschmutzungsverlust | Hauptmerkmale |
| Sauberes Klima mit häufigen Niederschlägen | 1 %–2 % | Regen sorgt für eine erhebliche natürliche Reinigung |
| Nordöstlicher und mittlerer Westen der Vereinigten Staaten | 2 %–4 % | Saisonale Verschmutzung, im Winter mit Schnee |
| Südwesten der Vereinigten Staaten | 4 %–10 % | Trockene Bedingungen und begrenzte Niederschläge |
| Landwirtschaftliche Gebiete in Zentralkalifornien | 6 %–12 % | Landwirtschaftlicher Staub kombiniert mit trockenen Bedingungen |
| Trockengebiete Indiens, einschließlich Rajasthan | 8 %–15 % | Trockenzeiten können bis zu neun Monate dauern |
| Naher Osten | 12 %–25 % | Häufige Staubstürme und sehr begrenzte Niederschläge |
| Halbtrockene Gebiete an der Grenze zur Sahara | 15 %–30 % | Extreme Verschmutzungsbedingungen |
Das gleiche PV-Modul kann in Deutschland und Saudi-Arabien dramatisch unterschiedliche jährliche Verschmutzungsverluste aufweisen. Der Unterschied kann mehr als das Zehnfache betragen. Reinigungsstrategien sollten nicht marktübergreifend einheitlich angewendet werden. Sie müssen auf das lokale Klima und die Standortbedingungen abgestimmt sein.
Wie sich Verschmutzung auf die PV-Leistung auswirkt
Verschmutzung beeinflusst die Stromerzeugung durch drei Hauptmechanismen.
Erstens: Reduzierte Lichtdurchlässigkeit. Staubpartikel absorbieren und reflektieren einfallendes Sonnenlicht, wodurch die Lichtmenge, die die Solarzellen erreicht, verringert und die Leistungsabgabe verringert wird.
Zweitens: Nichtlinearer Leistungsabfall bei zunehmender Verschmutzung. Ab einer bestimmten Verschmutzungsdichte können die Auswirkungen auf die Leistung gravierender werden. Bei einer gemeldeten Verschmutzungsdichte von 20 g/m² kann der Kurzschlussstrom je nach Testbedingungen und den Eigenschaften des abgelagerten Materials um 15–21 % sinken, während die Effizienz um 15–35 % sinken kann.
Drittens: Lokale Hotspots durch ungleichmäßige Verschmutzung. Wenn sich an einigen Stellen eines Moduls deutlich mehr Schmutz ansammelt als an anderen, kann es zu einer Teilverschattung kommen. Verschattete Zellen verbrauchen möglicherweise Energie, anstatt sie zu erzeugen, wodurch lokale Hotspots entstehen, die die Materialalterung beschleunigen und möglicherweise das Modul beschädigen.
Eine einfache Kosten-Nutzen-Analyse
Stellen Sie sich ein kommerzielles und industrielles BIPV-Dachsystem mit 1 MW vor, das von einer jährlichen Stromerzeugung von 1.200 MWh und einem Strompreis von 0,15 $/kWh ausgeht.
- Jährlicher Stromumsatz: Ungefähr 180.000 US-Dollar
- Umsatzverlust bei einem jährlichen Verschmutzungsverlust von 10 %: Ungefähr 18.000 US-Dollar
- Jährliche Reinigungskosten bei 0,01 $/W: Ungefähr 10.000 $
In trockenen Regionen liegt die Rendite der Reinigungsausgaben typischerweise zwischen 1:1,5 und 1:2. In regnerischen Regionen kann es unter 1:1 fallen, wodurch die Reinigung unwirtschaftlich wird.
Wie oft sollte ein BIPV-Dach gereinigt werden?
Stellen Sie die Reinigungshäufigkeit entsprechend der Umgebung ein
| Umgebungsbedingungen | Empfohlene Reinigungshäufigkeit | Wichtige Überlegungen |
| Gemäßigtes, regnerisches Klima mit einer jährlichen Niederschlagsmenge von über 800 mm | 1–2 Mal pro Jahr | Entfernen Sie hauptsächlich Vogelkot, Baumharz und andere hartnäckige Verunreinigungen |
| Allgemeine Industriegebiete | 2–4 mal pro Jahr | Berücksichtigen Sie die Geschwindigkeit der industriellen Staubablagerung |
| Städtische Gebiete und Standorte in der Nähe von Hauptstraßen | 3–4 mal pro Jahr | Verkehrsbedingte Partikel können stark an Oberflächen haften |
| Trockene und staubige Regionen | Einmal im Monat während der Trockenzeit | Erwägen Sie eine zusätzliche Reinigung innerhalb von 48 Stunden nach einem Staubsturm, wenn dies sicher und praktisch ist |
| Extrem trockene Regionen im Nahen Osten und Nordafrika | Während der Trockenzeit alle 1–2 Wochen | Häufige Staubereignisse erfordern möglicherweise eine intensivere Überwachung |
Ein oft übersehener Punkt: Die Reinigung nach einem Staubsturm sollte Vorrang vor dem regulären Reinigungsplan haben. Ein einzelnes schweres Staubereignis kann so viel Staub ablagern, wie sich normalerweise über einen ganzen Monat ansammelt.
Nutzen Sie das Performance Ratio (PR) als Reinigungsauslöser
Wenn die PV-Anlage über eine Überwachungsplattform verfügt, kann es wirtschaftlicher sein, die Reinigung basierend auf der Performance Ratio (PR) auszulösen, als einem festen Zeitplan zu folgen.
Ein praktischer Ansatz besteht darin, eine Basis-PR-Kurve zu erstellen und eine Reinigung in Betracht zu ziehen, wenn die gemessene PR um 2 % im Vergleich zur Basislinie abfällt. Dieser Schwellenwert kann dabei helfen, potenzielle Verschmutzungsverluste zu erkennen und gleichzeitig unnötige Reinigungen zu vermeiden.
PR kann jedoch auch aufgrund von Änderungen der Wechselrichtereffizienz, der Modultemperatur, Gerätefehlern, Verschlechterungen oder anderen Betriebsbedingungen sinken. Diese Faktoren sollten untersucht werden, bevor der Rückgang auf Verschmutzung zurückgeführt wird.
BIPV-Dachreinigungsmethoden: Ein Kostenvergleich
Gängige Reinigungsmethoden
| Reinigungsmethode | Wasserverbrauch | Relative Kosten | Typische Anwendungen | Reinigungsleistung |
| Manuelle Reinigung mit einer weichen Bürste und Wasser | 1–2 L pro Modul | Hoch; arbeitsintensiv | Kleine Dächer und komplexe Dachgeometrien | Ausgezeichnet |
| Trockenreinigungsroboter | Keine | Mittel; relativ hohe Anfangsinvestition | Große, flache Dächer und Freiflächen-PV-Anlagen | Gut |
| Wassersprühende Roboter | 0,5–1 L pro Modul | Mittel | Große Gewerbe- und Industriedächer | Sehr gut |
| Drohnengestützte Reinigung | Niedrig | Hoch | Erhöhte oder schwer zugängliche Dächer | Mäßig |
| Trockenbürsten oder vibrationsbasierte Staubentfernung | Keine | Niedrig | Wasserarme Regionen | Mäßig |
Die jährlichen Reinigungskosten liegen in der Regel zwischen 0,005 und 0,02 US-Dollar pro Watt, abhängig von der Zugänglichkeit des Daches, den Arbeitskosten und der verwendeten Reinigungsmethode.
TDie Rolle von schmutzabweisenden Beschichtungen
Schmutzabweisende Beschichtungen, einschließlich hydrophiler und hydrophober Nanobeschichtungen, sind kein Ersatz für die Reinigung. Stattdessen tragen sie dazu bei, die Schmutzansammlung zu reduzieren und die Reinigungsintervalle zu verlängern.
Feldtests haben gezeigt, dass PV-Module mit schmutzabweisender Beschichtung zwischen den Reinigungszyklen 30–40 % weniger Staub ansammeln als unbeschichtete Module. Allerdings variieren die angegebenen Nutzungsdauern der Beschichtungen erheblich und liegen zwischen 18–24 Monaten und 3–5 Jahren. Die tatsächliche Haltbarkeit sollte anhand der Testdaten des Lieferanten überprüft werden.
Obwohl schmutzabweisende Beschichtungen eine relativ hohe Vorabinvestition erfordern, können sie langfristig die Anzahl der Reinigungsvorgänge um etwa ein Drittel reduzieren. In trockenen, staubigen Regionen ist die Investition oft wirtschaftlich vertretbar.
Vier häufige Fehler bei der Reinigung von BIPV-Dächern
Verwendung von hartem Wasser
Dies kann einer der kostspieligsten Reinigungsfehler sein.
Wenn das Grundwasser eine Gesamtkonzentration an gelösten Feststoffen (TDS) von über 500 ppm aufweist, kann auf heißes Glas gesprühtes Wasser schnell verdunsten und Kalzium- und Magnesiumablagerungen hinterlassen. Nach 3–4 Reinigungszyklen können diese Ablagerungen zu einer dauerhaften Verringerung der Lichtdurchlässigkeit des Glases um 2–4 % führen und sind möglicherweise nur schwer oder gar nicht zu entfernen.
Empfohlene Vorgehensweise: Verwenden Sie Umkehrosmosewasser (RO) oder entionisiertes Wasser mit einem TDS-Wert unter 50 ppm.
Reinigung während der Mittagshitze
Das Aufsprühen von kaltem Wasser auf PV-Module mit Temperaturen über 60 °C kann zu thermischen Spannungen im Glas führen, die möglicherweise zu Mikrorissen oder in schweren Fällen zum Glasbruch führen können.
Empfohlene Vorgehensweise: Reinigen Sie am frühen Morgen oder am späten Nachmittag, wenn die Modultemperaturen näher an der Umgebungstemperatur liegen.
Zu häufig reinigen
In Umgebungen mit geringer Verschmutzung kann die monatliche Reinigung mehr kosten, als die zusätzliche Stromerzeugung wert ist. Ein weiteres Problem ist der Oberflächenverschleiß. Trockenes Bürsten und Schaben können mikroskopisch kleine Kratzer auf dem Glas hinterlassen. Im Laufe der Zeit können diese Kratzer die Lichtdurchlässigkeit verringern und möglicherweise die Vorteile der Reinigung zunichte machen.
Verwendung von Reinigungsmitteln
Einige Reinigungsmittel können die Antireflexbeschichtung (AR) des Glases beschädigen. AR-Beschichtungen können die Lichtdurchlässigkeit je nach Produkt um ca. 2–3 % verbessern. Wenn die Beschichtung beschädigt wird, kann ein Teil dieses Leistungsvorteils dauerhaft verloren gehen.
Empfohlene Vorgehensweise: Verwenden Sie sauberes Wasser und eine Bürste mit weichen Borsten. Bei hartnäckigen Verunreinigungen wie Vogelkot oder Baumharz reinigen Sie die betroffene Stelle mit einem weichen, mit Wasser angefeuchteten Tuch.
Drei Designentscheidungen, die die Reinigungskosten senken können
Dachneigungs- und Entwässerungswege
Dachflächen mit einem Neigungswinkel von 15° oder mehr können von einem durch Schwerkraft unterstützten Abfluss profitieren, der dazu beiträgt, angesammelten Staub zu entfernen und die natürliche Reinigung bei geeigneten Niederschlagsbedingungen zu verbessern.
Entwässerungswege sollten so gestaltet sein, dass stehendes Wasser vermieden wird. Sobald stehendes Wasser verdunstet, kann es Wasserflecken und Mineralablagerungen hinterlassen, die schwieriger zu entfernen sind als loser Staub.
Zufahrtswege reinigen
Bei großen Dächern sollten Reinigungswege und sichere Zugangswege von Anfang an in die Planung einbezogen werden. Ohne spezielle Zugangswege können sich die Reinigungskosten möglicherweise verdoppeln, da die Geräte das Dach nicht effizient erreichen können und Schläuche möglicherweise nicht alle Bereiche abdecken.
Auch die Sicherheit muss berücksichtigt werden, einschließlich Leitplanken, Anschlagpunkte für Rettungsleinen und geeignete Absturzsicherungssysteme.
Wartungsanschlüsse
Reservieren Sie Platz für Wasserversorgungsanschlüsse, Entwässerungsauslässe und Lagerbereiche für Geräte. Diese Vorkehrungen lassen sich im Allgemeinen kostengünstig während des Baus integrieren. Eine Nachrüstung nach der Inbetriebnahme kann Änderungen am fertigen Dach erfordern, was sowohl die Kosten als auch die Betriebsunterbrechung erhöht.
Häufig gestellte Fragen
F1: Müssen BIPV-Dächer gereinigt werden? Wie unterscheiden sie sich von herkömmlichen PV-Anlagen?
Ja. Da BIPV-Module Teil des Daches selbst sind, muss bei der Reinigung nicht nur die Stromerzeugung, sondern auch das Erscheinungsbild des Daches und die Wasserdichtigkeit berücksichtigt werden. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass BIPV-Module häufig nicht für die Unterstützung des Fußgängerverkehrs ausgelegt sind und einige Produkte bestimmte Tragfähigkeitsbeschränkungen aufweisen. Reinigungszugänge und -verfahren müssen daher anlagenspezifisch gestaltet werden.
F2: Kann Regen die manuelle Reinigung ersetzen?
Teilweise. Regen kann losen Staub wegspülen, ist jedoch im Allgemeinen gegen hartnäckige Verunreinigungen wie Vogelkot, Baumharz und Industrieölrückstände wirkungslos. Selbst in regnerischen Regionen kann eine manuelle Reinigung 1–2 Mal pro Jahr erforderlich sein.
F3: Kann die Reinigung PV-Module beschädigen?
Durch eine ordnungsgemäße Reinigung soll das Schadensrisiko minimiert werden. Zu den Hauptrisiken zählen Mineralablagerungen durch hartes Wasser, thermische Belastung durch die Reinigung heißer Module mit kaltem Wasser sowie Kratzer durch abrasive Materialien oder Bürsten mit harten Borsten. Das Befolgen der Reinigungsanweisungen des Herstellers und das Vermeiden dieser Praktiken kann zum Schutz der Module beitragen.
Verwenden Sie diese einfache Formel: Reinigungskostenverhältnis = Jährliche Reinigungskosten ÷ (Jährlicher Verschmutzungsverlust × Jährliche Stromeinnahmen)
Ein Verhältnis unter 1 bedeutet, dass der geschätzte erzielbare Umsatzverlust die Reinigungskosten übersteigt, was darauf hindeutet, dass sich die Reinigung wirtschaftlich lohnen kann. In trockenen Regionen kann das Verhältnis etwa 0,5 betragen, während es in regenreichen Regionen nahe bei 1 oder darüber liegen kann.
F5: Lohnt sich die Investition in schmutzabweisende Beschichtungen?
Sie können sich in Regionen lohnen, in denen der jährliche Verschmutzungsverlust 8 % übersteigt. Einige Feldtests haben gezeigt, dass schmutzabweisende Beschichtungen die Staubansammlung um 30–40 % reduzieren können, was möglicherweise die Reinigungshäufigkeit verringert. In Gebieten mit geringem Verschmutzungsgrad kann die Kapitalrendite jedoch begrenzt sein.
Benötigen Sie eine auf den Standort Ihres BIPV-Projekts zugeschnittene Reinigungsstrategie?
E-Mail: info@xzbesta.com
