Kilowatt-Peak: Was wird hier genau gemessen?

Um die Leistung speziell von Photovoltaikanlagen zu anzugeben und vergleichbar zu machen, wurde die Einheit Kilowatt-Peak (kWp) entwickelt. Doch was genau ist Kilowatt-Peak und wo liegt der Unterschied zu Kilowattstunden (kWh)?
Photovoltaik ist beliebter als jemals zuvor und egal ob auf dem Balkon, auf dem Dach des Einfamilienhauses oder im großen Solarpark, Photovoltaikanlagen sind heutzutage kaum wegzudenken. Es schadet also nicht, wenn wir darüber Bescheid wissen, wie die Leistung dieser Anlagen eigentlich verglichen wird und wieso Kilowatt nicht immer Kilowattstunde meint.

Kilowatt-Peak: Maßeinheit für die Leistung einer Photovoltaikanlage

Warum Kilowatt-Peak und nicht einfach Kilowattstunde?

Eine Photovoltaikanlage hat das Ziel, die Energie der Sonnenstrahlen in elektrische Energie umzuwandeln. Die Sonne wirkt jedoch nicht zu jeder Tageszeit, an jedem Ort und auf jedem Dach gleich stark. Photovoltaikanlagen erbringen also bei unterschiedlichen Bedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Neigungswinkel des Daches oder Lichteinstrahlung, unterschiedlich hohe Leistungen. Um zu garantieren, dass alle PV-Anlagen vergleichbar sind, müssen die Hersteller die elektrische Leistung der Solarmodule unter einheitlich festgelegten Standard-Testbedingungen messen und im Datenblatt der Anlage dokumentieren. Die Leistung von Photovoltaikanlagen wird daher meist in kWp - Kilowatt-Peak angegeben.

Definition von Kilowatt-Peak

Kilowatt-Peak, kurz kWp, ist eine im Bereich der Photovoltaik verwendete Bezeichnung zur Ermittlung der elektrischen Höchstleistung von Photovoltaikanlagen. Unter einheitlichen Testbedingungen, den Standard Test Conditions (STC), wird die Vergleichbarkeit der Leistung verschiedener Photovoltaikanlagen ermöglicht.

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Was bedeutet „Peak“ (P)?

Der Begriff Peak (engl. Spitze, Höchstwert) bezeichnet einen Spitzenwert. Zusammen mit Kilowatt definiert diese Einheit die elektrische Höchstleistung einer Photovoltaikanlage und wird ausschließlich in dieser Branche genutzt.

Was ist STC und was ist NOCT?

Um die Leistungen verschiedener Solarzellen und Photovoltaikanlagen vergleichbar zu machen, wurden zwei Sets von Test-Bedingungen entwickelt. Die Standard-Testbedingungen „STC“ (engl. Standard Test Conditions) und die Normal-Testbedingungen „NOCT” (engl. Normal Operating Cell Temperatur). Sie beschreiben die Modulleistung und werden von dem Hersteller im Moduldatenblatt angegeben.

STC

Das sind die Standard-Testbedingungen, die sicherstellen, dass für alle Module die gleichen Betriebsbedingungen gelten und man so die Leistung verschiedener Module vergleichen kann.

Diese Rahmenbedingungen beziehen sich auf folgende Faktoren, die sich auf die Leistung und den PV-Ertrag auswirken und sind festgelegt als:

• Die Sonneneinstrahlung beträgt 1000 Watt pro Quadratmeter.
• Die Luftmasse (AM) beträgt 1,5.
• Die Modultemperatur liegt bei 25 Grad Celsius.

Die Luftmasse, auf Englisch „Air Mass“ (AM), mit einem Wert von 1 beschreibt die Distanz, die das Sonnenlicht durch die Erdatmosphäre bis zum Boden zurücklegt, wenn die Sonne am Zenit, also am höchsten Punkt steht und das Licht senkrecht auf die Erde fällt. Der AM-Wert von 1,5 gilt als typischer und wird daher bei den Standardtestbedingungen verwendet. Dieser ergibt sich bei einem Zenitwinkel von 48.2 Grad und einer globalen Bestrahlungsstärke von 1000 W/m2.

NOCT - eine Alternative zu STC

Die SCT gilt jedoch nicht als besonders lebensnah, denn die realen Betriebsbedingungen weichen meist stark ab. Es ergeben sich also in der Praxis andere Leistungen der Solarmodule. Somit wurde ergänzend zu den Standard-Testbedingungen der NOCT entwickelt. NOCT steht für „Nominal Operating Cell Temperature" und bedeutet übersetzt „Temperatur der Solarzelle im Normalbetrieb“. Mithilfe der NOCT, wird die Leistung einer PV-Anlage unter realistischeren Betriebsbedingungen gemessen und wird ebenfalls in jedes Datenblatt aufgenommen.
Die Rahmenbedingungen der NOCT liegen näher an den tatsächlichen Betriebsbedingungen einer Photovoltaikanlage und lauten wie folgt:

• Die Sonneneinstrahlung beträgt 800 Watt pro Quadratmeter.
• Die Luftmasse (AM) beträgt 1,5.
• Die Windgeschwindigkeit beträgt 1 m/s.
• Die Außentemperatur liegt bei 20 Grad Celsius.
• Die Modultemperatur liegt bei 45 +/-3 Grad Celsius.

Unterschied zwischen Elektrogeräten (kWh) und PV-Anlagen (kWp)

Die Kilowatt-Stunde, kurz kWh, ist die bekannte Maßeinheit für die Energie, die in einer Stunde von einer Anlage mit der Leistung von einem Kilowatt erzeugt oder verbraucht wird. Ein Kilowatt entspricht 1000 Watt und du wirst diese Einheit sicher von elektrischen Geräten kennen. Auf typischen Haushaltsgeräten findest du die Angabe über die benötigte Energie des jeweiligen Gerätes. Beispielsweise verbraucht eine Waschmaschine zwischen 800 und 1000 Watt, also ca. 1 Kilowatt in einer Stunde Laufzeit, was einem Energieverbrauch von 1 kWh entspricht.

Die Angabe auf Ihrem Elektrogerät bezieht sich somit immer auf den Energieverbrauch. Photovoltaikanlagen funktionieren genau umgekehrt. Hier beschreiben die Kilowattstunden die Energie, die von der PV-Anlage produziert wird. Doch wie wir oben schon gesehen haben, der tatsächliche Ertrag in kWh schwankt stark, was es notwendig macht, eine vergleichbare Messgröße einzusetzen, eben kWp.

Anlagenleistung ermitteln

Die Gesamtleistung einer Photovoltaikanlage in Kilowatt-Peak zu ermitteln ist simpel. Man muss die Leistung eines Moduls mit der Anzahl der Solarmodule multiplizieren.

Ermittlung der Anlagenleistung in kWp:
15 Module mit einer Leistung von 350 Wp (Watt-Peak)Leistung = 15 x 350 Wp = 5.250 Wp oder 5,25 kWp

Auswirkung von Ausrichtung, Neigung und Jahreszeit

Wie viel tatsächliche Energie gewonnen wird, hängt aber natürlich auch von der Ausrichtung des Daches (Süden, Osten, Westen) und der Dachneigung ab. Bei einem Neigungswinkel von ca. 30 bis 45 Grad arbeiten Anlagen bei einer Ausrichtung nach Süden, Südost oder Südwest noch immer ausgezeichnet mit ca. 92% bis 95% im Vergleich zum Optimum. Bei PV-Anlagen, die nach Ost oder West ausgerichtet sind, verliert man bereits mehr und die Anlage arbeitet nur noch mit ca. 80% der Spitzenleistung (kWp). Auch die Jahreszeiten beeinflussen die Ausbeute, so werden im Winter oft nur rund 25kWh pro kWp erzeugt, was also ca. 25% der SAT entspricht.

Fazit

Die Angabe Kilowatt-Peak bietet eine effektive Möglichkeit, die Leistung von Photovoltaikanlagen miteinander zu vergleichen, selbst wenn sie nicht immer das Maß für die typische Energieerzeugung darstellt. So wie ein Auto nicht durchgehend mit maximalen PS unterwegs ist, erzeugt auch eine PV-Anlage nicht immer die maximalen kW. Aber das ist ganz normal so :-)