Kurze Definition

Der Anlagennutzungsgrad beschreibt allgemein die Nutzung beziehungsweise technische Leistungsfähigkeit einer Anlage. Der Begriff wird jedoch nicht einheitlich verwendet. Im PV-Monitoring wird damit teilweise die Performance Ratio (PR) bezeichnet; in diesem Artikel steht diese Bedeutung im Mittelpunkt.

Der Anlagennutzungsgrad auf einen Blick

• Die PR setzt den spezifischen AC-Energieertrag einer PV-Anlage ins Verhältnis zum einstrahlungsbezogenen Referenzertrag.
• Durch die Berücksichtigung des verfügbaren solaren Energieangebots lassen sich unterschiedliche Zeiträume besser vergleichen.
• Abweichungen können auf Ertragsverluste, technische Störungen oder fehlerhafte Messwerte hinweisen.
• Der Begriff Anlagennutzungsgrad kann auch den Kapazitätsfaktor bezeichnen, der eine andere Aussage hat.

Wie wird die Performance Ratio berechnet?

Die PR vergleicht den gemessenen AC-Energieertrag der PV-Anlage mit einem Referenzertrag, der aus der Bestrahlungssumme in der Modulebene abgeleitet wird:

$$PR = \frac{E_\mathrm{AC}/P_0} {H_\mathrm{POA}/G_\mathrm{ref}}$$

Die verwendeten Größen bedeuten:

• $E_\mathrm{AC}$: gemessener AC-Energieertrag am festgelegten Messpunkt
• $P_0$: installierte DC-Nennleistung der PV-Anlage unter Standard-Testbedingungen
• $H_\mathrm{POA}$: Bestrahlungssumme in der Modulebene innerhalb des betrachteten Zeitraums
• $G_\mathrm{ref}$: Referenz-Bestrahlungsstärke von $1\,\text{kW/m}^2$

Der Quotient aus AC-Energieertrag und installierter DC-Nennleistung wird als spezifischer Endertrag bezeichnet. Der Quotient aus Bestrahlungssumme und Referenz-Bestrahlungsstärke ergibt den einstrahlungsbezogenen Referenzertrag. Beide Größen haben die Einheit einer Zeit, sodass ihr Verhältnis dimensionslos ist und üblicherweise als Prozentwert angegeben wird.

Der Messpunkt des AC-Energieertrags muss eindeutig festgelegt werden. Je nachdem, ob der Ertrag beispielsweise am Wechselrichterausgang, hinter einem Transformator oder am Netzanschlusspunkt gemessen wird, fließen unterschiedliche Umwandlungs-, Leitungs- und Transformatorverluste in die PR ein.

Eine PR von 100 % entspricht einem idealisierten System ohne Verluste gegenüber den zugrunde gelegten Referenzbedingungen. Über längere Betrachtungszeiträume liegen reale Werte normalerweise darunter. Ursachen sind unter anderem:

• Wechselrichter-, Kabel- und Transformatorverluste innerhalb der Bilanzgrenze
• erhöhte Modultemperaturen
• Verschattung und Verschmutzung
• Fehlanpassungen zwischen Modulen
• Abregelungen und Anlagenstillstände
• Hilfsenergiebedarf technischer Anlagenkomponenten innerhalb der festgelegten Bilanzgrenze

In kurzen Zeitintervallen können rechnerisch auch Werte über 100 % auftreten. Niedrige Modultemperaturen können dazu führen, dass die Module zeitweise mehr als ihre unter Standard-Testbedingungen bestimmte Nennleistung erzeugen. Unplausible Werte können jedoch auch durch ungeeignete Sensorwerte, abweichende Messintervalle oder eine mangelhafte zeitliche Synchronisation entstehen.

Anwendung der Performance Ratio im PV-Monitoring

Die PR ermöglicht eine Bewertung der Anlagenleistung, ohne den Energieertrag ausschließlich anhand der installierten PV-Leistung zu beurteilen. Durch die Berücksichtigung der Bestrahlungssumme werden Unterschiede im verfügbaren solaren Energieangebot berücksichtigt. Andere Einflüsse, insbesondere die Modultemperatur, bleiben in der klassischen PR enthalten.

Typische Anwendungen sind:

• Zeitlicher Vergleich: Die PR kann für Tage, Monate oder Jahre berechnet werden, um Veränderungen der Anlagenperformance zu erkennen.
• Vergleich mehrerer Anlagen: PV-Anlagen unterschiedlicher Größe und an unterschiedlichen Standorten können anhand ihrer PR verglichen werden. Voraussetzung sind vergleichbare Berechnungsmethoden, Messpunkte, Bilanzgrenzen und Datenqualitäten.
• Erkennung von Abweichungen: Ein sinkender oder ungewöhnlich niedriger Wert kann auf Verschmutzung, Verschattung, Wechselrichterausfälle, Anlagenstillstände oder Messprobleme hinweisen.
• Betriebsanalyse: Betreiber können untersuchen, wie sich Reparaturen, Reinigungen oder technische Änderungen auf die Performance der Anlage auswirken.

Die PR ist kein eigenständiger Fehlernachweis. Auffällige Werte zeigen zunächst eine Abweichung, deren Ursache anschließend anhand weiterer Messwerte, Anlagenzustände und Ereignisdaten geprüft werden muss.

Abgrenzung zum Kapazitätsfaktor

Der Begriff Anlagennutzungsgrad kann neben der PR auch den Kapazitätsfaktor beziehungsweise die zeitliche Ausnutzung der installierten Nennleistung bezeichnen:$$\text{Kapazitätsfaktor} = \frac{\text{erzeugte Energie}} {\text{Nennleistung} \times \text{Zeitraum}} \times 100\,\%$$

PR und Kapazitätsfaktor beantworten unterschiedliche Fragen:

Kennzahl	Bezugsgröße	Aussage
Performance Ratio	Energieertrag und Bestrahlungssumme	Wie hoch ist der tatsächliche spezifische Ertrag im Verhältnis zum einstrahlungsbezogenen Referenzertrag?
Kapazitätsfaktor	Energieertrag und theoretischer Maximalertrag	Welcher Anteil des bei dauerhafter Nennleistung möglichen Ertrags wurde erzeugt?

Der Kapazitätsfaktor hängt stark von Standort, Wetter, Jahreszeit und Anlagenausrichtung ab. Die PR bezieht das verfügbare solare Energieangebot ein und eignet sich daher besser zur Bewertung der technischen Anlagenperformance. In Berichten sollte ausdrücklich angegeben werden, welche der beiden Kennzahlen mit dem Begriff Anlagennutzungsgrad gemeint ist.

Messwerte, Grenzen und technische Voraussetzungen

Für eine belastbare PR-Berechnung werden mindestens der AC-Energieertrag am festgelegten Messpunkt, die installierte DC-Nennleistung und eine repräsentative Bestrahlungssumme in der Modulebene benötigt. Messpunkte, Bezugszeitraum und Messintervalle müssen eindeutig definiert und zeitlich aufeinander abgestimmt sein.

Position, Ausrichtung, Verschmutzung, Kalibrierung und Genauigkeit des Einstrahlungssensors beeinflussen das Ergebnis wesentlich. Der Sensor sollte die Einstrahlungsbedingungen der PV-Module möglichst repräsentativ abbilden. Bei Teilanlagen mit unterschiedlichen Neigungen oder Ausrichtungen kann eine einzelne Einstrahlungsmessung unzureichend sein. In solchen Fällen können mehrere Sensoren oder getrennte und anschließend leistungsgewichtete PR-Berechnungen sinnvoll sein.

Zusätzlich muss festgelegt werden, wie Abregelungen, Anlagenstillstände, Datenlücken und unplausible Messwerte behandelt werden. Temperatureinflüsse bleiben bei der klassischen PR grundsätzlich enthalten. Für eine weiterführende Ursachenanalyse können deshalb zusätzliche Messwerte zur Modul- und Umgebungstemperatur oder temperaturkorrigierte Kennzahlen sinnvoll sein.

Wie unterstützt EcoPhi die Auswertung?

EcoPhi kann PV-Erträge, Anlagenleistung und Einstrahlungsdaten aus geeigneten Messgeräten und Geräteschnittstellen erfassen, zusammenführen und visualisieren. Auf Basis dieser Messwerte kann die PR projektspezifisch für definierte Zeiträume berechnet und in Dashboards dargestellt werden.

Auch eine Auswertung von Abweichungen oder die Verwendung definierter PR-Grenzwerte für Alarmierungen kann projektspezifisch konfiguriert werden. Die konkrete Umsetzung hängt von den verfügbaren Datenquellen, Messintervallen, Geräteschnittstellen und Anforderungen des Projekts ab. Für einen belastbaren Vergleich mehrerer Anlagen müssen zudem einheitliche Berechnungs- und Datenbereinigungsregeln festgelegt werden.

Anlagennutzungsgrad zusammengefasst

Der Begriff Anlagennutzungsgrad ist nicht eindeutig definiert. Im PV-Monitoring kann damit die Performance Ratio gemeint sein, die den AC-Energieertrag auf die verfügbare Bestrahlung in der Modulebene bezieht. Für aussagekräftige Ergebnisse müssen Berechnungsmethode, Messpunkt, Bilanzgrenze und Datenverarbeitung eindeutig festgelegt sein.

Häufige Fragen zum Anlagennutzungsgrad

Was ist ein guter Anlagennutzungsgrad bei einer PV-Anlage?

Ein allgemeingültiger Zielwert lässt sich nicht festlegen. Die PR hängt unter anderem vom Anlagenkonzept, dem Messpunkt, der Modultemperatur, Verschattung, Abregelungen und der Messqualität ab. Besonders aussagekräftig ist der Vergleich mit technisch und messtechnisch vergleichbaren Anlagen oder früheren Zeiträumen.

Was ist bei einer sinkenden Performance Ratio zu prüfen?

Zunächst sollten Einstrahlungs- und Ertragsdaten auf Datenlücken, Synchronisationsfehler und unplausible Werte geprüft werden. Anschließend können Betriebszustände, Wechselrichterverfügbarkeit, Verschmutzung, Verschattung, Abregelungen und Modultemperaturen untersucht werden.

Ist der Anlagennutzungsgrad dasselbe wie der Kapazitätsfaktor?

Nicht zwingend. Der Begriff kann sowohl für die PR als auch für den Kapazitätsfaktor verwendet werden. Deshalb sollte in Berichten immer die konkrete Kennzahl einschließlich ihrer Formel und Bezugsgrößen angegeben werden.

Welche Einstrahlungsdaten werden für die PR benötigt?

Benötigt wird die Bestrahlungssumme in der Modulebene für denselben Zeitraum wie der gemessene Energieertrag. Bei Teilanlagen mit unterschiedlichen Ausrichtungen können mehrere Einstrahlungssensoren oder getrennte Berechnungen erforderlich sein.