Verschattungsanalyse

Die Verschattungsanalyse ist Bestandteil der Planungsphase einer Photovoltaikanlage.

Bei einer Verschattungsanalyse werden mit Hilfe eines Sonnenbahnindikators oder eines dafür entwickelten technischen Gerätes sämtliche Schatten berechnet, die zu verschiedenen Tages- oder Jahreszeiten auf die Photovoltaikmodule einer Anlage fallen können. Eine Verschattungsanalyse dient zur Vorhersage der Leistung einer (geplanten) Photovoltaikanlage. Ein verschattetes Modul hat negative Auswirkungen auf die Gesamtleistung eines Strings. Es kann daher besser für die Leistung sein, verschattete Flächen nicht mit Photovoltaikmodulen zu bestücken oder alle verschatteten Module in einem String zusammenzufassen.

Hintergrund

Da die Spannung von Solarzellen sehr gering ist (etwa 0,5V) werden in einem Photovoltaikmodul bis zu 72 Stück in Reihe geschaltet. Zudem werden bei einer Photovoltaikanlage meistens noch mehrere Module in Reihe geschaltet, um die Spannung weiter zu erhöhen, so dass sich die netzgekoppelte Anlage leichter an die Netzspannung von 230 V anpassen lässt.

Wird nun eine Solarzelle oder ein Teil eines Moduls verschattet, so vermindert dies auch die Leistung aller anderen Module in diesem String. Dabei ist aber weniger der Spannungsabfall des verschatteten Moduls entscheidend, sondern dass das Modul kaum noch oder gar keinen Strom mehr leitet und sich wie eine in Sperrrichtung geschaltete Diode verhält. Mit der Stromstärke in dem verschatteten Modul fällt zugleich die Stromstärke in dem gesamten String. Man spricht hier auch von „Gartenschlaucheffekt“: Drückt man den Schlauch an einer Stelle zu, kommt hinten weniger Wasser raus.

Verschattungsarten und Gegenmaßnahmen

• Vorübergehende Verschattungen

Zu vorübergehenden Verschattungen kann es durch Schmutz (Laub, Vogelkot) oder Umwelteinflüsse (Schnee) kommen. Diese Verschattungen sind nicht zu vernachlässigen, besonders wenn man in der Nähe eines Industriegebiets, oder eines Waldes wohnt. Es können Leistungseinbußen bis zu 10% durch Verschmutzungen verursacht werden. Um die Verschmutzung möglichst gering zu halten, müssen die Solarmodule ein möglichst hohes Selbstreinigungsvermögen besitzen. Als Selbstreinigung bezeichnet man das Abwaschen von Dreck und Schmutz bei Regen. Ausreichende Selbstreinigung findet schon ab einem Neigungswinkel der Module von 20° statt, dies hängt jedoch auch von der Oberfläche der Module ab. Durch abspritzen mit einem Schlauch oder abputzen mit einem feuchten Tuch kann man die Anlage zusätzlich von Verschmutzungen befreien, jedoch sollte man die PV-Anlage nicht trocken abreiben, um Kratzer zu vermeiden.

• Standortbedingte Schatten

Je nach Standort können Schatten von Gebäuden oder Bäumen verursacht werden. Auch Stromleitungen, können einen Schatten quer über das Dach werfen. Außerdem können Kamine, Dachschrägen, Antennen oder Blitzableiter eine Verschattung hervorrufen. Diese sind besonders kritisch, da sie sehr nahe an der Photovoltaikanlage sind. Es ist darum oft wirtschaftlich sinnvoll, die Antenne auf die andere Dachseite zu versetzen. Man sollte immer versuchen, soweit wirtschaftlich sinnvoll und bautechnisch möglich, alle Schatten zu verhindern. Sollten Bäume weichen müssen, benötigt man ab einer bestimmten Größe oft die Genehmigung der Stadt.

• Eigenverschattungen

Eigenverschatten treten durch die Module selbst auf. Dies passiert vor allem bei aufgeständerten Anlagen. Aufgeständerte Anlagen werden meistens bei Flachdächern verwendet und sind notwendig, um eine optimale Neigung zu bekommen. Die Verschattung kann hier durch genügenden Abstand der Modulreihen und den Neigungswinkel der Module reduziert werden.

• Gegenmaßnahmen bei permanenten Verschattungen

Falls man die Verschattung nicht beheben kann, sind die Module parallel zu schalten oder mit einer Bypass-Diode zu versehen. Dadurch wirkt sich der Stromabfall eines Solarmoduls nicht auf die anderen Module aus. Ein Nachteil sind aber die dadurch entstehenden hohen Ströme. In jedem Fall sollte aber versucht werden, alle verschatteten Module, soweit möglich, in einem String zusammenzuschalten. Dadurch wird bei Verschattung nur die Leistung eines Strings beeinträchtigt und nicht die Leistung von mehreren.

Literatur

• "Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie. Leitfaden Photovoltaische Anlagen.", VWEW-Verlag Frankfurt 2005 (3.Auflage)
• Jans-Joachim Geist: "Photovoltaikanlagen – Planen, montieren, prüfen, warten.", Elektor Verlag Aachen 2007 (3.Auflage), ISBN 3-89576-191-5