PV-Module und Verschattung: Auswirkung und Lösungen

Kategorie(n): Balkonkraftwerk-Wissen

Heute verraten wir Dir mehr über das Thema Verschattung und Auswirkungen auf Deine PV-Module. Wir verraten Dir, woran Du eine Verschattung erkennen kannst und welche Lösungen es gegen die Folgen gibt.

Wie wirkt sich bei PV-Modulen die Verschattungen auf den Ertrag aus?

Inhaltsverzeichnis

Verschattungen, sei es durch Bäume, Gebäude oder Schornsteine, können den Energieertrag einer PV-Anlage erheblich reduzieren. Besonders problematisch ist dies in String-Systemen, bei denen die Module in Reihe geschaltet sind. In diesen Systemen wirkt sich eine teilweise Verschattung eines einzelnen Moduls auf den gesamten Modulstrang aus. Dadurch kann beispielsweise der Gesamtstromfluss um bis zu 30 % reduziert werden. Das solltest Du bereits bei der Planung berücksichtigen.

Wie erkennst Du, ob Dein PV-Modul durch Verschattung beeinträchtigt wird oder ist?

Hast Du all die Punkte bei der Planung berücksichtigt und hast dennoch das Gefühl, Deine PV-Anlage bringt zu wenig Ertrag? Dann überprüfe, ob nicht doch eine Verschattung vorliegt:

1. Ertragsverluste überprüfen

Ein erster Hinweis auf Verschattung sind niedrige Energieerträge. Wenn Deine Solaranlage deutlich weniger Strom produziert als erwartet, ist dies ein erstes Anzeichen für Verschattung. Besonders dann, wenn Du immer zu bestimmten Tageszeiten einen deutlichen Ertragsabfall bemerkst.

2. Modulüberwachungssysteme verwenden

Nutze dann am besten ein Monitoring-System, um der Sache auf den Grund zu gehen. Mit derartigen Systemen kannst Du die Stromproduktion jedes Moduls genau analysieren. Wenn ein PV-Modul im Vergleich zu den anderen deutlich weniger produziert, kann dies auf eine Verschattung hinweisen.

3. Visuelle Inspektion

Oder Du setzt auf Deine Augen. Beobachte die Anlage zu verschiedenen Tageszeiten, und achte dabei auf den Schattenwurf der umliegenden Bäume, Gebäude, Antennen oder Schornsteine.

Und was kannst Du tun, wenn Du keinen Standort ohne Schattenwurf für die PV-Module hast? Stichwort Bypass-Dioden.

Was haben Bypass-Dioden mit der Verschattung von PV-Modulen zu tun?

Bypass-Dioden sind elektronische Bauelemente, die in Solarmodulen verbaut werden, um den Stromfluss trotz Verschattung oder Defekt aufrecht zu halten. Dafür wird jede Solarzelle eines Moduls mit einer Bypass-Diode verbunden. Diese funktioniert wie ein elektronischer Schalter. Produziert dann eine Zelle in Folge von Schattenwurf weniger Strom, schaltet sich die Bypass-Diode ein und leitet den Strom um diese Zelle herum.

So wird verhindert, dass der gesamte Modulstrang durch eine einzige verschattete Zelle an Leistung einbüßt. Bei einem PV-Modul ohne Bypass-Diode liegt der Leistungsabfall durch Verschattung beispielsweise bei 50 % oder mehr (für das gesamte System). Mit Bypass-Dioden sinkt der Verlust auf maximal 5 bis 10 %.

Funktionsweise von Bypass-Dioden im Detail

Bypass-Dioden werden parallel zu einzelnen Solarzellen in einem Modul geschaltet. Bei normalen Betriebsbedingungen sind die Dioden inaktiv und lassen den Strom durch die Zellen fließen. Sobald eine Zelle aufgrund von Verschattung oder Defekt den Strom nicht mehr weiterleiten kann, aktiviert sich automatisch die Bypass-Diode und sorgt dafür, dass der Strom um die betroffene Zelle herumfließt. Dadurch kann der Rest des Moduls weiterhin Strom produzieren, und der Ertragsverlust wird minimiert. Ohne diese Dioden könnte der Ertrag des gesamten Strangs beeinträchtigt werden, was in einigen Fällen zu einem fast kompletten Leistungsverlust führen könnte.

Leistungsoptimierer: Maximierung des Ertrags von PV-Modulen bei Verschattung

Eine andere Lösung bei Verschattung sind sogenannte Leistungsoptimierer. Diese Geräte werden an jedes einzelne PV-Modul angeschlossen. Sie sorgen dafür, dass jedes Modul unabhängig von den anderen betrieben wird und der Maximum Power Point (MPP) für jedes Panel separat optimiert wird. Dadurch können die verschatteten Solarmodule weiterhin mit einer optimierten Leistung betrieben werden – ohne den Rest des Solarmodul-Strangs zu beeinträchtigen.

Vorteile von Leistungsoptimierern

Optimierer sorgen dafür, dass auch verschattete Module ihren maximal möglichen Ertrag liefern können, ohne den Ertrag der unverschatteten Module zu beeinträchtigen.
Leistungsoptimierer erlauben die flexible Installation von Solarmodulen auf Dächern mit unterschiedlichen Neigungen oder Ausrichtungen, da jedes Modul unabhängig optimiert wird.
Leistungsoptimierer erlauben eine detaillierte Überwachung der einzelnen PV-Module, wodurch Defekte schneller erkannt und behoben werden können.
In teilweise verschatteten Systemen kann der Ertrag um bis zu 25 % gesteigert werden.

Nachteile von Leistungsoptimierern

Leistungsoptimierer sind aber sehr teuer.
Mehr Elektronik bedeutet außerdem auch ein erhöhtes Ausfallrisiko und einen höheren Wartungsaufwand.
Die Installation von Leistungsoptimierern ist deutlich zeitintensiver.

Dennoch kann der Einsatz von Leistungsoptimierern durchaus eine gute Idee sein.

PV-Module und Verschattung Beispielrechnungen: Ertrag mit und ohne Verschattung

Eine typische 10 kWp-Solaranlage ohne Verschattung produziert 10.000 kWh Strom pro Jahr. Wenn 20 % der Module regelmäßig verschattet sind, sinkt der Ertrag auf 8.000 kWh. Das entspricht einem Verlust von etwa 200 Euro bei einem Einspeisetarif von 0,10 €/kWh. Durch Leistungsoptimierer oder Mikro-Wechselrichter kann der Verlust um bis zu 25 % reduziert werden, sodass der Ertrag auf 9.000 kWh steigt und der finanzielle Verlust auf 100 Euro sinkt.

Mikrowechselrichter und das Thema PV-Module und Verschattung

Auch die eben erwähnten Mikro-Wechselrichter spielen eine wichtige Rolle beim Thema Minimierung der Auswirkungen von Verschattung auf PV-Anlagen. Da sie direkt auf Modulebene arbeiten, kann jedes Modul unabhängig von den anderen optimiert werden – auch wenn andere Module durch Verschattung beeinträchtigt sind.

Insbesondere bei Dächern mit variablen Schattenquellen (z. B. Bäume, Schornsteine) können Mikro-Wechselrichter helfen, den Maximum Power Point (MPP) für jedes Modul unabhängig voneinander zu optimieren. Im Gegensatz zu String-Wechselrichtern, bei denen der niedrigste Punkt den gesamten Ertrag beeinflusst, arbeiten bei Mikro-Wechselrichtern unverschattete Module mit maximaler Effizienz weiter. Das erhöht unweigerlich die Energieausbeute.

Vorteile und Nachteile von Mikrowechselrichtern

Vorteile:

Jedes Modul arbeitet unabhängig, wodurch bei Verschattungen der Ertrag höher bleibt.
Flexibilität bei der Installation auf Dächern mit unterschiedlichen Neigungen oder Teilverschattungen.
Keine zentrale Ausfallquelle, da jedes Modul einen eigenen Wechselrichter hat.

Nachteile:

Höhere Anschaffungskosten im Vergleich zu zentralen Wechselrichtern.
Mehr elektronische Komponenten, mit höherem Ausfallrisiko.

Wie kann Verschattung bei der Planung vermieden werden?

Um die Auswirkungen der Verschattung auf Deine PV-Module zu minimieren, solltest Du bereits bei der Planung der Solaranlage mögliche Schattenquellen analysieren. Dazu gehören Bäume, Schornsteine, Antennen oder Gebäude in der Nachbarschaft. Für die Planung verwendest Du am besten moderne Tools, wie PV-SOL oder Sunny Design, mit denen Du die Verschattungen im Tages- und Jahresverlauf simulieren kannst. Auch Verschattungs-Apps (Solarman) können Dir bei der richtigen Standortwahl helfen. Zusätzlich kannst Du:

Die Solarmodule so platzieren, dass nahe gelegene Objekte gerade während der Mittagszeit keinen Schatten werfen können.
Für Anlagen, die nicht vollständig vor Verschattung geschützt werden können, sind Bypass-Dioden und Leistungsoptimierer eine gut technische Lösung, um den Energieverlust zu verringern.
In speziellen Fällen sind nachgeführte Solarmodule eine gute Idee. Diese Module passen sich dem Sonnenverlauf an und verringern so die Auswirkungen von Schattenwurf.

Ist die Verschattung unvermeidbar, setze auf Bypass-Dioden oder Leistungsoptimierer, um das Beste aus Deinen PV-Modulen herauszuholen.