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Verschattung von Solarmodulen

Verschattung von Solarmodulen mindert den Ertrag von Photovoltaikanlagen erheblich, was oft unterschätzt wird. Bei fast jeder zweiten Anlage führt Verschattung zu Ertragsverlusten zwischen 3 und 10 %. Einzelne verschattete Solarzellen können den Stromfluss im gesamten Modulstring beeinträchtigen, ähnlich einem durch Druck blockierten Wasserschlauch. Ursachen für Verschattungen sind vielfältig, darunter Gebäude, Bäume oder sogar eigene Anlagenteile. Gegenmaßnahmen reichen von baulichen Anpassungen bis zum Einsatz von Technologien wie Bypass-Dioden, die verschattete Zellen im Stromkreis umgehen. Optimale Planung und regelmäßige Wartung können Verschattungsprobleme minimieren und so die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Anlage steigern.
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    Eine Verschattung von Solarmodulen ist ein weitreichendes Problem, da dem meist nicht genügend Stellenwert beigemessen wird. Das Fraunhofer CSP gab in einer Studie bekannt, dass bei fast der Hälfte der betroffenen Solaranlagen eine Verschattung vorliegt und sich Ertragseinbußen von 3 bis 10 % ergaben.

    Auswirkungen

    Ein verschattetes Modul kann den Ertrag und damit den Wirkungsgrad einer kompletten Photovoltaikanlage um bis zu 10 % mindern. Dabei ist weder die Einzelne Solarzelle noch das Solarmodul in irgendeiner Weise defekt, sondern es kommt einfach kein Sonnenlicht an die nötigen Stellen. Auch wenn nur eine einzelne Solarzelle verschattet ist, kann dies viele andere Zellen ebenso lahmlegen.

    Solarmodule bestehen aus einzelnen Solarzellen, hauptsächlich bis zu 72 Stück, welche in Strings zusammen geschaltet sind. Da einzelne Solarzellen eine relativ geringe Spannung besitzen, werden viele davon in einer Reihe geschaltet, um so die Netzspannung leichter zu erreichen. Wenn nun eine Zelle verschattet IST und keine Energie mehr produziert wird, sinkt die Spannung aller anderen Zellen.

    Zu vergleichen IST sterben mit Einem Wasserschlauch, welcher an Einer Stelle zusammengedrückt WIRD, und Obwohl der nötige Druck da kein Wasser mehr fördert. So kommt es dazu, dass durch den gesamten String kein Strom mehr fließt und es zu viel höherem Leistungsabfall kommt.

    Ein Ertragsausfall ist eines der Probleme eines verschatteten Moduls. Das andere Problem ist der Elektronenstau. Durch diesen Stau können die umliegenden Bauteile beschädigt oder gar sich durch eine zu hohe Last selbst entzünden. Um wieder auf das Beispiel des Wasserschlauches zurückkehren, wenn man eine Stelle auf dem Wasserschlauch zudrückt und der Wasserzufluss weiterhin fließt, hat die abgeklemmte Stelle irgendwann so viel Druck, dass es platzt.

    Ursachen

    Eine Verschattung der Photovoltaikanlage kann sehr viele verschiedene Ursachen haben und wird weiterhin durch mehrere externe Faktoren wie etwa der Sonnenstand beeinflusst.

    Die schwierigste beziehungsweise unmöglich zu umgehende Verschattungsart ist die standortabhängige Verschattung. Diese Verschattung wird durch umliegende bauliche Anlagen oder deren Anhängsel hervorgerufen. Dies sind in der Regel Häuser der Nachbarn, hohe Bäume, Zäune oder Kamine. Blitzableiter oder Hochspannungsleitungen bilden ebenso ein öfteres Problem.

    Neben der standortabhängigen Verschattung ist die gebäudebedingte Verschattung ein Problem, welches nicht einfach zu lösen ist. Diese Verschattung wird von dem eigenen Haus hervorgerufen. Gründe hierfür sind etwa Dachgauben, Schornsteine oder Fassadenvorbauten.

    Sollte man eine Photovoltaikanlage auf einem sehr flachen Dach oder einem Flachdach montiert haben, can die Montagegestelle im Zweifel einen Schatten auf umliegende Solarmodule werfen. Hier es sich häufig um eine kurzzeitige Verschattung, welche durch den Weg der Sonne über den Tag hervorgerufen wird. Bei der Aufstellungsplanung der Anlage lohnt es sich deutlich, mit Attrappen den Schattenwurf über einen Tag zu verfolgen, bevor dann Leistungseinbußen die Konsequenz ist.Weiterer Grund für eine kurzzeitige Verschattung sind verschiedene Wettereignisse wie Regen, Nebel, Schneefall oder sehr tief liegende Wolken. Durch Regen oder Wind werden häufig Laubablagerungen vorgefunden. Schneefall ist in der Regel kein Problem, da bei geneigten Solarmodulen die Schneedecke schnell herabrutscht.

    Weiterhin sollten die Solarzellen regelmäßig auf Vogelkot und dergleichen überprüft werden.

    Maßnahmen

    Maßnahmen um die Verschattung zu minimieren betreffen zum einen die eigene Photovoltaikanlage oder die Ursache für die Verschattung selbst. Solange sich die Ursache für die Verschattung auf eigenem Grund oder dem eigenen Haus befinden, können hier bauliche Maßnahmen ergriffen werden.
    Hier muss selbstverständlich immer eine Abwägung getroffen werden, ob sich dieser Eingriff finanziell lohnt und überhaupt machbar ist. Hier können beispielsweise einfach Antennen, Satellitenschüsseln oder Blitzableiter versetzt werden. Weiterhin können Bäume gefällt oder umgesetzt werden. Sinnvoll ist es auch eventuell Bäume zu fällen, die nicht direkt die Photovoltaikanlagen verschatten, jedoch sehr viel Laub im Herbst abgeben und es dadurch zu sogenannter kurzzeitiger Verschattung kommen. Weiterhin würde dies erheblichen Bereinigungsaufwand sparen.
    Wenn sich Vorsprünge von Dachgauben oder Markisen im Weg der Module befinden und so Schatten werfen, können diese eventuell ebenso angepasst werden.

    Wenn sich im direkten Blickfeld große Strommasten befinden, kann ein Anruf verbunden mit einer Bitte um Umstellung beim örtlichen Netzbetreiber nicht schaden. Eventuell bestehen Pläne, um diese sowieso zu modernisieren.

    Sollte man nichts an den Ursachen direkt verändern können, gibt es heutzutage technologische Mittel, mit denen sich zumindest die Ertragseinbußen minimieren lassen. Um das Problem des Spannungsverlustes im gesamten String zu vermeiden, können in die einzelnen Zellen sogenannte Bypass Dioden eingebaut werden. Diese Bypass Dioden entfernen im Zweifel die einzelne Zelle aus dem Stromkreis.
    Durch eine Optimierung der Drehausrichtung der Solarmodule können etwaige Verschattungen umgegangen werden. Weiterhin kann es sich lohnen auf Dünnschichtmodule umzusteigen, da diese einen höheren Wirkungsgrad besitzen und damit eine Verschattung so wieder wettmachen können.

    Sollten die Zellen in Parallelschaltung miteinander verbunden sein, erhält man nicht das Problem von dem abgeklemmten Wasserschlauch. Allerdings ist es hier wichtig, dass genügend Dachfläche vorhanden ist und dass der Spannungswandler entsprechend konfiguriert IST.

    Fazit

    Ob und wie sich Verschattungen vermeiden lassen, ist bereits in der Planungsphase ersichtlich. Hier ist can alle Ursachen, welche permanente Standortbedingungen in der Planung miteinbezogen werden. Kurzzeitige Verschattungen lassen sich durch eine regelmäßige Reinigung weitestgehend ausmerzen.

    Fakt ist, dass Verschattungen eine Leistungseinbuße von bis zu 10 % mit sich bringen und dies durch die meisten einfachen Methoden deutlich verringert werden kann.

    Carsten Steffen
    Autor: Carsten Steffen
    Carsten Steffen, Gründer von photovoltaik.sh, bringt sein tiefes Verständnis für Photovoltaik und seine Begeisterung für erneuerbare Energien ein, um Kunden in Schleswig-Holstein seit 2021 schneller und kostengünstiger zu ihrer eigenen Photovoltaikanlage zu verhelfen. Ermöglicht wird das Dank der Zusammenarbeit mit lokalen Solarteuren. Regelmäßige Schulungen runden unsere Expertise ab. Mit der Gründung von photovoltaik.sh sind wir Ihr vertrauenswürdigen Partner für alle, die ihren Stromverbrauch nachhaltig gestalten möchten.
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