Praktische Tipps für Solaranlagen: Verschattung von Solarmodulen
Die Verschattung einer Solaranlage kann zu einem großen Problem für Besitzer von Photovoltaikanlagen werden. Im ersten Teil unserer dreiteiligen Reihe beschäftigen wir uns mit den Hintergründen der Verschattung.
Inhaltsverzeichnis
Teil 1 – Hintergrund: Was ist Verschattung bei Solaranlagen?
Teil 2 – Auswirkungen: Welche Folgen hat Verschattung für meine PV-Anlage?
Teil 3 der Reihe „Verschattung von Solarmodulen“ wird sich mit den Möglichkeiten befassen, die zur Verfügung stehen, um die Verschattung einer Solaranlage zu verhindern.
Teil 1 – Hintergrund: Was ist Verschattung bei Solaranlagen?
Die Verschattung einer Solaranlage kann zu einem großen Problem für Besitzer von Photovoltaikanlagen werden. iStockphoto.com©Fernando Alonso Herrero
Verschattung bei PV-Anlagen kann verschiedene Ursachen haben. Im Wesentlichen wird mit dem Begriff jedoch die Reduzierung der Sonneneinstrahlung auf einer PV-Fläche beschrieben. Diese kann unter anderem durch den Schattenwurf unterschiedlicher Hindernisse verursacht werden, zum Beispiel durch Häuser, durch Bäume oder auch Schornsteine.
Die Schattenmuster ändern sich im Laufe eines Jahres auf komplexe Art und Weise. Wie sich Form und Position des Schattens ändert, hängt von dem Objekt ab, das ihn wirft und von der Sonnenbahn, die wiederum durch den Breitengrad beziehungsweise durch den Längengrad bestimmt wird.
Es kann neben diesen langfristigen Abschattungen allerdings auch zu kurzfristigen Verschattungen kommen. Sie entstehen vornehmlich durch Verunreinigungen auf den PV-Modulen, so zum Beispiel durch starke Verschmutzungen durch Laub oder auch Vogelkot. Aber auch Schattenwurf, der im Tagesverlauf nur zeitweise gegeben ist, zählt zu dieser Art der Verschattung.
Von einer diffusen Abschattung hingegen wird gesprochen, wenn durch ein weit entferntes Hindernis, zum Beispiel durch einen Baum oder durch ein Gebäude, nur unzureichend Sonnenlicht auf die Solarmodule gelangt. Die PV-Module können sich allerdings auch durch eine Eigenverschattung gegenseitig behindern.
Auch wenn es sich bei der Abschattung, wie im Falle der vorübergehenden oder diffusen Verschattung, lediglich um kleinen oder geringen Schattenwurf handelt und dieser Anfangs unbedeutend erscheint, so kann er doch entscheidende Folgen haben und die Wertsteigerung einer Solaranlage entscheidend negativ beeinflussen.
Teil 2 – Auswirkungen: Welche Folgen hat Verschattung für meine PV-Anlage?
Die Verschattung einer Solaranlage kann empfindliche finanzielle Folgen für Besitzer von Photovoltaikanlagen werden. iStockphoto.com©Fernando Alonso Herrero
Die Energieerzeugung eines Solararrays wird durch viele äußere und innere Faktoren beeinflusst. Neben dem lokalen Klima, der optimalen Ausrichtung der Neigung der Module und der Moduldiskrepanz ist die Verschattung einer der wichtigsten Einflussfaktoren. Bereits eine geringe Verschattung kann weitreichende Folgen haben, auch wenn sie zunächst möglicherweise lediglich als kleineres Problem erscheinen mag. Tatsächlich ist es möglich, dass auch kleine Verschattungen zu einer unverhältnismäßig hohen Verringerung der PV-Energieerzeugung führen.
Der Ertrag einer PV-Anlage ist jedoch stets ein wichtiger Faktor. Er entscheidet über den Misserfolg oder den Erfolg der Investition in die Photovoltaikanlage. Dabei ist die Rendite eines abgeschatteten Systems immer geringer, als jene eines nicht verschatteten. Die untenstehende Grafik gibt einen Eindruck davon, wieviel Gewinnverlust zwischen einem Array mit und einem ohne Verschattung besteht (Gelb dargestellt). Sie zeigt auch, dass zwischen den Rentabilitätsschwellen von PV-Arrays ohne Verschattung und jenen mit Verschattung große Unterschiede existieren.
Bei scharfen Schatten durch nahegelegene Gegenstände können neben der Verringerung der Rendite zusätzliche Schäden durch sogenannte „Hot Spots“ entstehen: Durch die Verschattung einer Solarzelle oder eines Photovoltaikmoduls im String wir die Weiterleitung des vorgelagert produzierten Solarstroms verhindert. Befindet sich die verschattete Zelle am Ende des Strings, kann es sogar zu einer Blockierung des gesamten im Modul produzierten Stroms kommen. Dies ist der sogenannte „Gartenschlaucheffekt“.
Der Gewinnverlust zwischen einem Array mit und einem ohne Verschattung besteht ist in Gelb dargestellt. (c) Milk the Sun
Im Konkreten heißt dies, dass sich die Elektronen vor der Sperrung sammeln und dadurch Druck erzeugen. Was wiederum am Übergang zwischen den stromproduzierenden Zellen und den abgeschatteten Zellen zu einem Elektronenstau führen kann. Der entstehende Druck will abgeführt werden und kann zu einem Hitzestrom oder im schlimmsten Falle zu sogenannten „Hot Spots“ führen. Diese enormen Hitzereaktionen bergen eine theoretische Entzündungs- und Brandgefahr für die angrenzende Umgebung.
Ein Schaden an den Modulen ist unwahrscheinlich, da sie auch hohe Temperaturen langfristig und Höchsttemperaturen zumindest kurzzeitig gut verkraften. Allerdings wird die Stromproduktion geringer, da die optimale Betriebstemperatur, des in den meisten Solarzellen verwandten Siliziums, bei rund 25 Grad Celsius liegt und durch die betreffenden Hot Spots weit überschritten werden.
