Leistungstoleranz bei PV-Modulen: Plussortierung, Mismatch-Effekt und garantierte Mehrleistung

Die auf dem Datenblatt eines Solarmoduls ausgewiesene kWp Nennleistung ist in der Praxis fast nie der exakte Wert, den das Modul bei der Auslieferung erbringt. Selbst in modernsten Produktionslinien entstehen minimale Schwankungen bei der Herstellung der Silizium-Zellen. Um diese Schwankungen für den Endkunden transparent zu machen, geben die Hersteller eine sogenannte Leistungstoleranz an. 

Die Leistungstoleranz beschreibt die maximal zulässige Abweichung der tatsächlichen Modulleistung von der offiziellen Nennleistung. Wer diesen Wert beim Kauf ignoriert, verschenkt unter Umständen bares Geld, denn die Toleranz entscheidet darüber, ob Ihre Anlage die geplante Ertragsprognose erfüllt oder sogar von Tag eins an übertrifft.

Dass Solarmodule nicht exakt identische Leistungswerte aufweisen, hat zwei wesentliche Gründe:

• Fertigungstoleranzen: Bei der Herstellung der Silizium-Wafer, beim Laminieren und beim Verlöten der Zellen treten mikroskopische Unterschiede auf, die den Stromfluss minimal beeinflussen.
• Messungenauigkeiten: Die Leistung jedes Moduls wird am Ende der Produktion mit einer Art "künstlicher Sonne" (einem Xenon-Blitz) gemessen. Dieser sogenannte Flash-Test unterliegt einer gewissen Messtoleranz, da die Standard-Testbedingungen (exakt 25 Grad Celsius Zelltemperatur und 1000 Watt Einstrahlung pro Quadratmeter) im Bruchteil einer Sekunde simuliert werden müssen.

Noch vor wenigen Jahren waren symmetrische Leistungstoleranzen von beispielsweise minus 3 Prozent bis plus 3 Prozent der Standard. Das bedeutete für den Käufer ein massives Risiko: Wer ein 400-Watt-Modul kaufte, konnte im ungünstigsten Fall ein Modul erhalten, das nur 388 Watt leistete. 

Heute hat sich in der Branche die sogenannte Plussortierung (positive Leistungstoleranz) durchgesetzt. Hersteller sortieren die Module nach dem Flash-Test so, dass dem Kunden nur Module ausgeliefert werden, die mindestens die Nennleistung erbringen. Ein modernes Modul mit n-Typ-Zellen (mehr zu den Unterschieden im Modulwirkungsgrad-Vergleich) weist heute typischerweise eine Leistungstoleranz von 0 bis +3 Prozent oder 0 bis +5 Watt auf.

Warum ist eine negative Toleranz so problematisch? Solarmodule werden auf dem Dach meistens in Reihe geschaltet (in einem sogenannten String). In einer Reihenschaltung fließt durch alle Module zwingend dieselbe Stromstärke. 

Das physikalische Gesetz dahinter ist unerbittlich: Das schwächste Modul bestimmt die Leistung der gesamten Kette. Wenn in einem String mit zwanzig 400-Watt-Modulen nur ein einziges Modul durch eine Minustoleranz lediglich 385 Watt liefert, bremst dieses eine Modul alle anderen 19 Module ebenfalls auf 385 Watt ab. Dieser sogenannte Mismatch-Verlust vernichtet über die Jahre hinweg tausende Kilowattstunden an Ertrag. Eine konsequente Plussortierung verhindert diesen Flaschenhals-Effekt zuverlässig.

Die Angabe der Leistungstoleranz erfolgt entweder in Prozent oder als fester Watt-Wert. Nehmen wir eine Anlage mit 20 Modulen und einer Nennleistung von je 440 Watt (insgesamt 8.800 Watt Nennleistung). Der Hersteller garantiert eine positive Toleranz von 0 bis +3 Prozent.

• Der Prozentwert in Watt: 3 Prozent von 440 Watt entsprechen 13,2 Watt Mehrleistung pro Modul.
• Der Anlagen-Bonus: Bei 20 Modulen summiert sich dieser Puffer auf bis zu 264 Watt zusätzliche Nennleistung, die Sie nicht extra bezahlen müssen.
• Die Wirtschaftlichkeit: Über eine Laufzeit von 25 Jahren produziert diese "versteckte" Mehrleistung hunderte Kilowattstunden zusätzlichen Strom.

Wichtiger Hinweis für die Planung: Da die Module durch die Plussortierung mehr leisten können als auf dem Papier steht, muss der Wechselrichter bei der Planung auf diese potenzielle Leistungsspitze ausgelegt sein, um die wertvolle Energie in der Mittagszeit nicht ungenutzt abzuschneiden (sogenanntes Clipping).

Anmerkung: Die Toleranzangaben von 0/+3 % und 0/+5 W sind in der Praxis qualitativ nahezu gleichwertig und bieten höchste Ertragssicherheit. 

Wie können Sie sicher sein, dass Ihre Module die versprochene Plussortierung auch wirklich einhalten? Jeder renommierte Modulhersteller protokolliert die Ergebnisse des Xenon-Blitz-Tests im Werk. 

Verlangen Sie von Ihrem Installateur bei der Übergabe der Anlage die sogenannten Flash-Protokolle (oder Flash-Listen). Anhand der Seriennummer auf der Rückseite jedes Moduls können Sie im Protokoll exakt ablesen, wie viel Watt das jeweilige Modul im Labor geleistet hat.

Die Leistungstoleranz darf übrigens nicht mit der langjährigen Leistungsgarantie verwechselt werden. Die Leistungstoleranz besagt, wie stark das Modul am ersten Tag der Installation abweichen darf. Wie sich die Leistung danach über Jahrzehnte verhält und ob das Modul überdurchschnittlich stark altert, wird durch die vertragliche Garantie gegen die Degradation geregelt. Sollten in späteren Jahren unerklärliche Leistungsabfälle auftreten, ist das Kontrolle-Elektrolumineszenz-Verfahren die beste Methode, um versteckte Risse aufzuspüren, die die Leistungseinbußen verursachen.

Was bedeutet Leistungstoleranz bei Solarmodulen? 
Die Leistungstoleranz gibt an, wie stark die tatsächliche elektrische Leistung eines fabrikneuen Solarmoduls von der gedruckten Nennleistung (Watt-Peak) abweichen darf. Sie wird meist in Prozent (z. B. 0/+3 %) oder in absoluten Watt-Werten (z. B. 0/+5 W) angegeben.

Was ist eine Plussortierung (positive Leistungstoleranz)? 
Bei der Plussortierung garantiert der Hersteller, dass das Modul bei der Auslieferung unter keinen Umständen weniger leistet als die Nennleistung. Eine Toleranz von 0/+5 Watt bei einem 400-Watt-Modul bedeutet also, dass das Modul im Labor messbar zwischen exakt 400 und 405 Watt Strom produziert.

Warum sind Minustoleranzen schlecht für die PV-Anlage? 
Wenn Module in Reihe geschaltet werden, bestimmt physikalisch immer das schwächste Modul die Stromstärke der gesamten Kette (Mismatch-Effekt). Hat auch nur ein Modul aufgrund einer Minustoleranz 3 Prozent weniger Leistung, drosselt es die Leistung aller anderen Module in diesem Leitungsstrang ebenfalls um 3 Prozent.

Wie wird die tatsächliche Modulleistung und Toleranz gemessen? 
Am Ende der Produktion im Werk wird jedes Solarmodul mit einem sogenannten Flash-Test (einem künstlichen Lichtblitz) unter Standard-Testbedingungen (25 Grad Zelltemperatur, 1000 Watt pro Quadratmeter Lichteinstrahlung) gemessen. Die Ergebnisse werden in einem Flash-Protokoll dokumentiert, das der Anlagenkäufer einsehen kann.