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Verschattung induziert problematische Auswirkungen

Teilverschattung bei Parallelschaltung

Parallelschaltung
mit Teilverschattung

Teilverschattung bei Reihenschaltung

Reihenschaltung
mit Teilverschattung

Verschattungseinheiten auf einem Solarmodul können einen Ertragsverlust von bis zu zehn Prozent verursachen. Um dies zu verstehen, muss man ein wenig in die Technologie der Solarmodule eintauchen.

Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzellen, meist bis zu 72 Einzeleinheiten. Diese hohe Zahl ist erforderlich, da Solarzellen mit einer geringen Spannung ausgestattet sind und im Resultat eine netzkompatible Spannung erzeugt werden muss. Fallen nun einige Prozent dieser Solarzellen aufgrund Verschattung aus, so reduziert sich logischerweise die gesamte Solarmodulspannung.

Dies ist jedoch nicht das größte Problem. Tatsächlich wirken diese verschatteten Solarzellen wie eine Stromflussbremse: ihre Stromerzeugung ist nicht nur eingeschränkt, sondern sie behindern gleichzeitig den Stromfluss der in den nicht verschatteten Solarzellen erzeugten Energie in unakzeptablem Maß, da Solarzellen in der Regel dem Reihenschaltungsprinzip folgen. Das Ergebnis lässt sich mit einem geknickten Gartenschlauch vergleichen, weshalb auch vom Gartenschlauchprinzip gesprochen wird: Von der effektiv in den nicht verschatteten Solarzellen gewonnenen Energie kommt aufgrund der verschatteten Komponenten nur ein Bruchteil im Stromkreislauf an.

Was sich einerseits negativ auf den Gesamtertrag der Photovoltaikanlage auswirkt, kann gleichzeitig aber noch andere Folgen nach sich ziehen. Besonders gefürchtet ist der Elektronenstau, der im schlimmsten Fall eine Beschädigung oder gar Entflammung empfindlicher Photovoltaikbauteile mit sich bringen kann.

Potenzielle PV-Verschattungen

Leider gibt es vielfältige Verschattungen, die auf Solarmodule einfallen und den Ertrag des gesamten Systems mindern. Damit man diesem Gefahrenpotenzial begegnen kann, muss man sich über die Gestalt der möglichen Verschattungskomponenten im Klaren sein. Und in diesem Bereich gibt es verschiedene Einflussfaktoren:

1. Standortabhängige Verschattung

Simulation von Verschattung durch Laub und
Blitzauffangstangen an Photovoltaikanlagen

Verschattungen, die durch den Standort der Solarmodule induziert werden, sind meist durch die baulichen Gegebenheiten am Standorthaus selbst, an den Nachbargebäuden oder die Umgebungsgestaltung verursacht. Solche Verschattungsverursacher sind in der Regel Bäume, Zäune, Nachbargebäude, Kamine, Strommasten und Stromleitungen, Satellitenschüsseln oder Hochantennen und Blitzableiter.

2. Gebäudebedingte Verschattung
Gebäudebedingte Verschattung wird meist von Dachgauben, Schornsteinen und Fassadenvorbauten des eigenen Gebäudes verursacht.

3. Eigenverschattung
Nicht nur die Umgebung kann zum Verschattungsfaktor werden, sondern auch das Solarmodul selbst, vor allem, wenn dieses mit Aufdachständern zur Flachdachmontage konzipiert ist. Schrauben und Klemmen können ebenfalls einen Schatten auf die Solarmodule werfen.

4. Kurzzeitige Verschattung
Selbst wenn die Umgebungsbedingungen positiv und demnach keine Verschattungen zu erwarten sind, so kann es aufgrund der Witterungs- und Sauberkeitsverhältnisse dennoch dazu kommen. Denn Verschmutzungen und Witterungsverhältnisse sind ein nicht zu verachtender Verschattungsfaktor. Hervorgerufen wird die kurzzeitige Verschattung durch Nebel, herumfliegendes Laub, Regen, Hagelkörner, Schnee (nicht in alpinen Regionen), Laubablagerung, Vogelkot und Staubschichten.

Ein aktives Reinigungssystem, welches die Photovoltaikanlage automatisch sauber hält, beugt hier vor, wobei eine gelegentliche Feuchtreinigung in Eigenregie den Ertrag dank Verschattungsminderung weiter steigern kann.

Der Kampf gegen die Verschattung

Welche Maßnahmen sich dafür eignen, die Verschattung zu minimieren und damit den Ertrag der Photovoltaikanlage zu steigern, hängt davon ab, ob der Verschattungsinitiator dem Eigentum entstammt oder im fremden Besitz ist. Entsprechend ergeben sich Verschattungsgegenmaßnahmen, die sich auf das Photovoltaiksystem oder einen Gebäudeumbau beziehen.

1. Baumaßnahmen gegen Verschattung
Wird die Verschattung durch Faktoren des eigenen Besitzes initiiert, so ist es meist die kostengünstigere Variante, diesem Problem mit baulichen Maßnahmen zu begegnen. Dies können beispielsweise sein:

  • das Versetzen von Antennen, Satellitenschüsseln oder Blitzableitern
  • das Umsetzen von Strommasten durch den örtlichen Stromnetzbetreiber
  • das Fällen von Bäumen
  • bauliche Veränderungsmaßnahmen an Gebäudeteilen wie zum Beispiel Dachgauben

2. Verschattungsgegenmaßnahmen mittels Solarmodulen
Bauliche Veränderungen sind selbstverständlich nur am eigenen Besitz möglich. Dennoch muss man Verschattungen, deren Ursache im Fremdbesitz liegt, nicht klaglos hinnehmen. Hierfür hält der Photovoltaikmarkt geeignete Produkte parat, mit deren Hilfe sich die Verschattung entweder umgehen, zumindest aber der Ertragsverlust reduzieren lässt. In diesen Zusammenhang häufig genutzte Verfahren gegen die Verschattung sind:

  • Verwendung von Solarmodulen mit Bypass Dioden
  • Optimierung der Drehausrichtung von Solarmodulen
  • Entscheidung für Dünnschichtsolarmodule
  • Parallel- statt Reihenschaltung der Solarmodule
  • Einsatz überbrückender Wechselrichter
  • Weglassen der Solarmodule auf verschatteten Flächen
  • Standortwechsel der Solarmodule z. B. als Fassadenmodule oder mit Ständeraufbau

Berechnungsbeispiele Verschattung

Folgende Beispieltabelle soll die möglichen Erträge einer Photovoltaikanlage aufzeigen und dabei verschiedene Verschattungen würdigen. Daran wird deutlich erkennbar, welche dramatischen Ertragseinbußen bereits mit geringen Verschattungseinheiten hinzunehmen sind.

Als Grundlage wird ein optimal südlich ausgerichtetes und um 30 Grad geneigtes Dach in Berlin mit einer Modulfläche von 50 m², verteilt auf fünf Solarmodule aus monokristallinen Siliziumzellen, bei aktuell geltender Einspeisevergütung von 12,30 Cent pro ins Netz eingespeister Kilowattstunde Strom herangezogen.

ohne Verschattung
5 Module
Teilverschattung
1 Modul
Teilverschattung
2 Module
Teilverschattung
3 Module
PV-Leistung5,91 kWp5,91 kWp5,91 kWp5,91 kWp
Nutzungsgrad77 %67%57 %47 %
Netzeinspeisung5.246 kWh/Jahr4.565 kWh/Jahr3.883 kWh/Jahr3.302 kWh/Jahr
Einspeisevergütung645,26 €561,5 €477,61 €406,15 €

Der vorliegenden Tabelle liegt die These zugrunde, dass teilverschattete Solarmodule Ertragseinbußen von bis zu zehn Prozent hinnehmen müssen. Betrifft die Verschattung gleich mehrere Solarmodule, so summieren sich die Ertragseinbußen in einem unverhältnismäßigen Ausmaß auf. Mehrere 100 Euro Verlust bezüglich der Einspeisevergütung sind das Resultat, welches der Photovoltaikanlageninhaber hinnehmen muss, insofern er keine baulichen oder solarmodulspezifischen Veränderungen ins Auge fasst, um die Verschattung beziehungsweise deren Auswirkungen zu beseitigen oder wenigstens zu reduzieren.

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