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Planung und Installation

Verschattung von PV-Modulen - So optimieren Sie Ihre Erträge

Ein verschattetes Modul kann nur diffuse Sonneneinstrahlung nutzen und erzeugt deutlich weniger Strom. Dies kann deutliche Ertragsverluste zur Folge haben. Daher sollte bei der Planung von Photovoltaik auf dem eigenen Dach immer auch eine Verschattungsanalyse durchgeführt werden.

Verschattung auf Photovoltaikmodulen

Wodurch können Verschattungen auftreten?

Verschattung durch Verschmutzung

Am einfachsten können Mindererträge vermieden werden, wenn Verschmutzung der Module Grund für eine Verschattung ist. Gerade in landwirtschaftlich geprägten Gebieten ist ein erhöhter Schmutzeintrag üblich. Hier kann sich eine regelmäßige Reinigung der Module unter Umständen lohnen. Ab einer Modulneigung von 12 Grad, außerhalb von landwirtschaftlichen Gebieten, ist eine Modulreinigung in der Regel jedoch nicht notwendig. Hier spült Regen Staub und andere Verunreinigungen weitgehend ab.

Standortbedingte Verschattung

Standortbedingte Verschattung kann durch angrenzende Gebäude, Hügel, Berge oder Bäume auftreten. Aber auch Hindernisse auf dem Dach wie Kamine, Satellitenschüsseln, Antennen oder Gauben können Ursachen für eine Modulverschattung sein. Nicht zuletzt kann auch die Dachform für eine Verschattung sorgen.

Eigenverschattung

Installiert man Photovoltaik auf Flachdächern oder Freiflächen, kann Verschattung durch einen zu geringen Abstand der einzelnen Module verursacht werden. Deshalb hat jedes Montagesystem einen vorgeschriebenen Mindestreihenabstand, der bei der Montage in jedem Fall eingehalten werden sollte. Bei Aufdach- und Indachlösungen ist Eigenverschattung kein Problem, da die Module dachparallel montiert werden.

Verschattungsarten

Jahresbedingte Verschattungen

Jahresbedingte Verschattungen sind Verschattungen, die durch die jahreszeitabhängige Änderung des Sonnenstands verursacht werden. So steht die Sonne im Sommer deutlich höher als im Winter und Verschattungen treten deutlich seltener und weniger ausgeprägt auf.

Wandernde Verschattungen

Wandernde Verschattungen hingegen, werden von tageszeitabhängigen Änderungen des Sonnenstands verursacht.

Das passiert bei Verschattung

Bereits die Teilverschattung eines Photovoltaikmoduls kann spürbare Ertragsverluste verursachen. Dies erklärt sich durch die elektrische Verschaltung der Solarzellen eines Moduls. Mehrere Solarzellen sind in sogenannten Strings in Reihe geschaltet. Das heißt, sie sind über Kabel in einer Reihe miteinander verbunden. Wird nun eine Solarzelle eines Strings verschattet, verhält sich der Stromfluss ähnlich wie Wasser, das durch einen Knick im Gartenschlauch gestaut wird. Der gesamte Stromfluss wird in seinem Weg behindert und ist nur noch so hoch wie an seiner schwächsten Stelle, der Stelle der Verschattung. Dieser “Stromstau” kann zu Überhitzungen im Modul führen, wenn sich die gestaute Energie am Engpass in Wärme entlädt. Daher sind standardmäßig sogenannte Bypassdioden in die Photovoltaikmodule integriert. Diese können durch Verschattung betroffene Teile des Moduls überbrücken und begrenzen so die Leistungsminderung.

Dennoch ist der Ertragsverlust viel größer als der tatsächliche Verlust der beschienenen Fläche. Denn auch ganze Module sind in einer Reihe zu Strings verbunden. Hat ein Modul durch den Einsatz einer Bypassdiode eine teilweise verringerte Leistung, führt das, genau wie bei Verschattung von einzelnen Solarzellen, zu einer Minderung der Leistung des ganzen Strings. Eine Bypassdiode für ganze Anlagenteile würde jedoch bereits großflächig Teile der Anlage ausschalten.

Photovoltaik Verschattungsanalyse durch Wegatech

Um einen konstanten Anlagenertrag zu gewährleisten, führen wir immer eine individuelle Verschattungsanalyse für Ihr Projekt durch. Hierzu erfassen wir zunächst Ihre groben Schattenobjekte über eine Fotodokumentation oder Google. Die detaillierte Verschattungsberechnung dann ist abhängig von Ihren Kundenangaben. Mit einer Photovoltaikplanungssoftware ermitteln wir die Verschattung Ihrer Dachfläche zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten. Je nach Ausrichtung Ihrer Photovoltaikanlage sind Verschattungen unterschiedlich kritisch zu bewerten. Eine Anlage mit Westausrichtung etwa sollte keinesfalls während Ihrer effektivsten Produktionsphase am Abend verschattet werden. Ist die Anlage dauerhaft erheblich verschattet, ist es ratsam diese Stellen bei der Anlagenplanung auszusparen. Sind Verschattung und Ursachen ermittelt, müssen geeignete Maßnahmen eingeleitet werden.

Verschattungsursachen beheben

Eigenverschattung von Modulen auf Flachdächern wird bereits durch vorgegebene Modulreihenabstände vermieden. Bei normalen Hausdachanlagen tritt sie durch dachparallele Montage erst gar nicht auf. Die Verschattung durch Verschmutzung, die bei wenigen Anlagen in landwirtschaftlichen Gebieten auftritt, kann durch Reinigung leicht behoben werden.

Ist die Verschattung standortbedingt, muss überlegt werden ob schattenwerfende Objekte entfernt werden können. Wenn ein Baum Auslöser der Verschattung ist, kann er möglicherweise versetzt oder gefällt werden. Antennen oder Blitzschutzleiter sind gegebenenfalls abzumontieren oder umzuplatzieren. Sind allerdings Dinge wie etwa Hügel oder Gebäude ursächlich für einen Schattenwurf, empfiehlt es sich die Leistungsminderung durch intelligente Anlagenplanung zu verringern.

Anlagenplanung bei Verschattung

Bei nicht gänzlich vermeidbaren Teilverschattungen, lassen sich Leistungseinbußen durch zwei Maßnahmen bei der Anlagenplanung erheblich reduzieren.

Maßnahmen bei jahresbedingten Verschattungen

Bei konstanten, jahreszeitbedingten Verschattungen reicht es in der Regel aus die verschatteten und nicht verschatteten Modulbereiche am Wechselrichter zu separieren. Ein MPP-Tracker im Wechselrichter ist dafür zuständig, dass das Leistungsoptimum (Maximum Power Point oder MPP) der Module immer erreicht wird. Das heißt, man schaltet Module, die durch Verschattung weniger Leistung erbringen, zusammen und trennt sie von den restlichen Modulen. Die unverschatteten Module können so weiterhin effektiv arbeiten und fallen nicht auf die Leistung der verschatteten Module ab.

Maßnahmen bei wandernden Verschattungen

Wandert die Verschattung durch schattenwerfende Objekte im Tagesverlauf über die gesamte Anlage, ist eine Separierung der Module nicht zielführend. Hier lautet die richtige Lösung, sogenannte Leistungsoptimierer einzusetzen. An jedem Modul wird ein Leistungsoptimierer angebracht. Dadurch findet die Auswahl des Leistungsoptimums nicht mehr am Wechselrichter statt, sondern gesondert an jedem Modul. Folglich fällt nur noch das verschattete Modul in seiner Leistung ab, nicht jedoch weitere Module, die mit ihm verschaltet sind. Besonders effektiv sind Leistungsoptimierer bei horizontalen Schatten und bei Schattenwürfen durch Masten.

Ein weiterer Vorteil der Technik: Detailliertes Monitoring ist auf Modulebene abbildbar. Dies ist auch bei einer Störung der Anlage hilfreich, da ein eventuell betroffenes Modul sofort erfasst werden kann.

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