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Auswirkungen von Verschattung auf die Leistung von Photovoltaikanlagen

November 22, 2024

Photovoltaikanlagen sind hochgradig abhängig von direkter Sonneneinstrahlung, um elektrische Energie effizient zu erzeugen. Doch Verschattungen durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse stellen ein häufig unterschätztes Problem dar, das die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit von Solaranlagen erheblich beeinträchtigen kann. Schon kleine Schattenflächen auf den Solarmodulen können den Stromertrag der gesamten Anlage verringern und sogar Schäden verursachen. In diesem Artikel erklären wir die Problematik der Verschattung, ihre Ursachen und Auswirkungen sowie effektive Lösungen zur Minimierung von Ertragsverlusten.

Warum ist Verschattung ein Problem?

Um die Auswirkungen von Verschattung zu verstehen, ist es wichtig, die Funktionsweise von Photovoltaikanlagen zu kennen. Eine Solaranlage besteht aus Solarmodulen, die wiederum aus vielen Solarzellen zusammengesetzt sind. Diese Zellen wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom (DC) um, der durch einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom (AC) umgewandelt wird. Die Solarzellen sind in Reihen, sogenannten Strings, miteinander verbunden.

Fällt Schatten auf auch nur eine Zelle, beeinflusst dies die gesamte Leistung des Strings. Der Stromfluss orientiert sich an der schwächsten Zelle – ähnlich wie eine Kette, die nur so stark ist wie ihr schwächstes Glied. Daher führt schon ein kleiner Schatten zu einer unverhältnismäßig großen Reduzierung des Ertrags.

Typische Auswirkungen der Verschattung

  1. Leistungsabfall: Verschattung kann den Ertrag einer Solaranlage um 5–30 % verringern, in extremen Fällen sogar zum Ausfall eines Moduls führen.
  2. Hot-Spot-Effekt: Verschattete Zellen können sich überhitzen, da sie die gesamte Leistung des Strings aufnehmen müssen. Dies führt langfristig zu dauerhaften Schäden und einem vorzeitigen Austausch der Module.
  3. Effizienzverluste: Verschattete Bereiche verringern nicht nur die Stromproduktion, sondern erhöhen auch den Verschleiß der Anlage, was zusätzliche Wartungskosten verursacht.

Häufige Verschattungsquellen

Verschattung kann durch viele verschiedene Faktoren entstehen. Die häufigsten Ursachen sind:

  • Natürliche Hindernisse:
    • Bäume: Besonders in der Nähe von Häusern werfen sie je nach Sonnenstand Schatten auf die Module.
    • Schnee und Laub: Diese saisonalen Faktoren können die Module abdecken und die Energieproduktion stark einschränken.
  • Gebäude und Dachaufbauten:
    • Nachbargebäude: Diese werfen insbesondere am Morgen oder Abend lange Schatten.
    • Kamine und Satellitenschüsseln: Auch kleinere Dachaufbauten können Verschattungsprobleme verursachen.
  • Saisonale Verschattung:
    • In den Wintermonaten steht die Sonne tiefer, was längere Schatten und kürzere Sonnenscheindauer bedeutet.

Technologische Lösungen zur Minimierung von Verschattungen

Moderne Technologien können helfen, die negativen Auswirkungen von Verschattung zu reduzieren und den Stromertrag zu optimieren:

  1. Bypass-Dioden:
    Diese Dioden sind in den meisten modernen Modulen integriert. Sie überbrücken verschattete Zellen und verhindern, dass sie den Stromfluss des gesamten Moduls blockieren. Dadurch bleibt die Leistung der nicht verschatteten Bereiche erhalten.
  2. Leistungsoptimierer:
    Optimierer sind an jedem Modul angebracht und überwachen dessen Leistung. Sie sorgen dafür, dass die Verschattung eines Moduls nicht die Leistung der anderen Module beeinflusst.
  3. Mikro-Wechselrichter:
    Diese Systeme machen jedes Modul unabhängig, indem sie den erzeugten Gleichstrom direkt in Wechselstrom umwandeln. Selbst wenn ein Modul verschattet ist, arbeiten die anderen weiterhin effizient.
  4. Intelligente Anlagenplanung:
    Eine detaillierte Verschattungsanalyse im Vorfeld der Installation hilft, problematische Stellen zu identifizieren und die Module so zu platzieren, dass sie optimal von der Sonne bestrahlt werden.

Langfristige Auswirkungen der Verschattung

Verschattung hat nicht nur kurzfristige Leistungseinbußen zur Folge, sondern kann auch langfristige Schäden an den Modulen verursachen. Der Hot-Spot-Effekt, bei dem verschattete Zellen überhitzen, ist ein häufiger Grund für vorzeitigen Verschleiß. Zudem erhöht eine ineffizient arbeitende Anlage den Wartungsaufwand und die Kosten.

Regelmäßige Inspektionen und Wartung sind daher unerlässlich, um mögliche Schäden frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Technologien wie Bypass-Dioden und Mikro-Wechselrichter minimieren diese Risiken und verlängern die Lebensdauer der Anlage.

Was tun, wenn Verschattung nicht vermieden werden kann?

In dicht bebauten Gebieten oder bei nicht entfernbarem Bewuchs wie alten Bäumen ist Verschattung oft unvermeidlich. Doch auch hier gibt es Lösungen:

  1. Anpassung der Modulausrichtung:
    Durch die Anpassung von Neigung und Ausrichtung der Module lässt sich die Sonneneinstrahlung optimieren.
  2. Flexible Anordnung:
    Die Verteilung der Module auf unterschiedliche Dachflächen, etwa Ost-West-Anlagen, minimiert die Auswirkungen von Verschattung auf die Gesamteffizienz.

Fazit

Verschattung ist eine der größten Herausforderungen für Photovoltaikanlagen, doch moderne Technologien und durchdachte Planung können die Auswirkungen erheblich reduzieren. Bypass-Dioden, Optimierer und Mikro-Wechselrichter sind essenzielle Werkzeuge, um die Effizienz und Langlebigkeit Ihrer Solaranlage sicherzustellen.

Die Better Energy GmbH unterstützt Sie bei der Planung und Umsetzung Ihrer Photovoltaikanlage, damit Sie das volle Potenzial Ihrer Anlage ausschöpfen können – unabhängig von Verschattungsproblemen. Kontaktieren Sie uns noch heute für eine individuelle Beratung!

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