Photovoltaik Verschattung - Das Wichtigste in Kürze
Bereits geringfügige Verschattungen wirken sich erheblich auf den Ertrag von Photovoltaikanlagen aus und sind daher bei der Planung von Photovoltaikanlagen zu berücksichtigen.
- Ursachen: Es gibt dauerhafte sowie kurzzeitige Verschattungen. Dauerhafte Verschattungen sollten möglichst vermieden werden.
- Auswirkung: Verschattungen führen zu Ertragseinbußen von bis zu 90 Prozent.
- Lösung: Durch eine Verschattungsanalyse lassen sich Verschattungen vorhersehen und vermeiden. Ein hilfreiches Tool ist das ShadeMap.
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Was bedeutet Verschattung bei PV-Anlagen?
Unter Verschattung versteht man, dass kein direktes Sonnenlicht auf der PV-Anlage auftritt. Bekannterweise setzt sich die Sonnenstrahlung aus direkter und diffuser Strahlung. Dabei erzeugen PV-Anlagen den meisten Ertrag anhand der direkten Sonneneinstrahlung. Die Ursachen für Verschattungen sind unterschiedlicher Art.
Was verursacht Verschattungen bei Photovoltaik?
Bereits leichte Verschattungen senken den Ertrag um circa 10 Prozent. Dauerhafte Verschattungen führen zu einer Ertragsminderung von bis zu 90 %. Aus diesem Grund ist es wichtig, die verschiedenen Formen von Verschattungen während der Planung zu berücksichtigen.
- Standortabhängige Verschattung: Diese Verschattungen ergeben sich durch den Standort der Solarmodule. Die Gebäudestruktur, benachbarte Gebäude und die Umgebung tragen zur Abschattung bei. Außerdem gehören Bäume, Zäune, Nachbargebäude, Schornsteine, Strommasten, Stromleitungen, Satellitenschüsseln, Antennen und Blitzableiter zu den Quellen der Abschattung.
- Eigenverschattung: Diese Verschattungen entstehen durch die eigene Solaranlage. Vor allem verschatten sich PV-Module auf Flachdächern, wenn nicht ausreichend Abstand zwischen den Modulreihen eingehalten wird. Auch Schrauben und Klemmen können Schatten auf die Module werfen.
- Kurzzeitige und witterungsbedingte Verschattung: Zum einen entstehen im Laufe der Zeit Verschmutzungen an den PV-Modulen, etwa durch Laubablagerung, Schnee, Vogelkot oder Staubschichten. Diese werden bei ausreichendem Aufstellwinkel durch den Regen beseitigt. Weitere kurzfristige Verschattungen entstehen durch die Witterungsverhältnisse. Bei leichter Bewölkung sinkt die Strahlung um circa 20 Prozent, bei starker Bevölkerung sogar um bis zu 80 Prozent.
Was passiert bei der Verschattung einer PV-Anlage?
Abschattungen verringern den Ertrag von Solarmodulen in mehrfacher Hinsicht, unter anderem durch eine geringere Stromproduktion.
Bei einer Reihenschaltung von Modulen, auch String genannt, verhindert ein verschattetes Modul den weiteren Stromfluss. Ist das letzte Modul im String betroffen, wird der gesamte erzeugte Strom unbrauchbar, da er den Wechselrichter nicht mehr erreichen kann. Verschattungen, selbst wenn sie nur ein paar Prozent betragen, haben negative Auswirkungen auf den Ertrag. Sie reduzieren die Leistungsabgabe auf ein Viertel des normalen Wertes.
Theoretisch können Abschattungen zu einer Überhitzung der Solarzellen führen und das Modul beschädigen. Aktuelle Solarmodule enthalten Bypass-Dioden, die dieses Risiko verhindern. Bypass-Dioden überbrücken nicht aktive Solarzellen mit hohem Widerstand und ermöglichen so einen höheren Stromfluss. Sie werden auch als "schattenresistente" Solarmodule bezeichnet. Bypass-Dioden minimieren die Leistungsverluste bei vorübergehender Verschattung und verhindern eine Überhitzung der Zellen. Dauerhafte Verschattungen können sie jedoch nicht ausgleichen.
Um Ertragsverluste durch Verschattung zu vermeiden, sollte man eine Verschattungsanalyse durchführen. Einen Überblick über das Verschattungsverhalten erhält man beispielsweise über ShadeMap.
Welche Auswirkungen haben Verschattungen auf Photovoltaik?
Verschattungen mindern die Leistung von Photovoltaikanlagen, was zu Ertragseinbußen führt. Das wirkt negativ auf die Wirtschaftlichkeit und macht den Unterschied aus, ob sich eine PV-Anlage lohnt oder nicht.
Belegen wir die Auswirkungen in Zahlen. Nehmen wir dafür eine PV-Anlage mit 10 PV-Modulen à 400 Watt an. Die Nennleistung beträgt 4 Kilowatt Peak. Ist die PV-Anlage zur Volleinspeisung ausgerichtet, verliert man jährlich bis zu 150 Euro an Einspeisevergütung durch Teilverschattung. Bei Investitionskosten von rund 7.000 Euro, macht es einen Unterschied von rund 6 Jahren in der Amortisationszeit aus. Das heißt, bei einer PV-Anlage ohne Verschattung ist die Rendite viel höher.
| Verschatteter Anteil | Leistungsminderung | Ertrag | Einspeisevergütung (Volleinspeisung) |
| Ohne Verschattung | 0 % | 4.000 kWh/Jahr | 520 €/Jahr |
| Teilverschattung von 1 Modul | 10 % | 3.600 kWh/Jahr | 468 €/Jahr |
| Teilverschattung von 2 Modulen | 20 % | 3.200 kWh/Jahr | 416 €/Jahr |
| Teilverschattung von 3 Modulen | 30 % | 2.800 kWh/Jahr | 364 €/Jahr |
Was kann man gegen Verschattungen unternehmen?
Sind Verschattungen vorhersehbar, so gibt es Möglichkeiten zur Optimierung des Ertrags. Entstehen die Abschattungen durch Objekte auf Ihrem Grundstück, kann man diese entfernen. Schwieriger ist es, wenn sich die Objekte auf dem Grundstück eines Nachbarn befinden. In diesem Fall muss man Änderungen an der Anlage vornehmen. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Den richtigen Wechselrichter auswählen
Normalerweise kommen bei PV-Anlagen Stringwechselrichter zum Einsatz. Diese steuern den ganzen String, so dass die Verschattung eines Moduls die Leistung des kompletten Strings beeinträchtigt. Bei dauerhaften auftretenden Verschattungen ist es daher ratsam, einen Modulwechselrichter zu installieren. Diese steuern jedes Solarmodul einzeln an. So lassen sich verschattete und unverschattete Module in separaten Strings kombinieren.
Leistungsoptimierer verwenden
Die sich im Laufe des Tages ändernde Beschattung beeinträchtigt die Leistung von Solarmodulen. Leistungsoptimierer tragen dazu bei, den Ertrag zu verbessern, indem sie die Module einzeln ansteuern und verhindern, dass punktuelle Verschattungen den gesamten String beeinträchtigen. Durch Umgehung der verschatteten Module fließt ein höherer Strom durch den String.
Dünnschicht-Solarmodule einsetzen
Dünnschicht-Solarmodule haben ein besseres Schwachlichtverhalten und sind somit eine Alternative zu den kristallinen Solarmodulen. Allerdings erreichen Dünnschichtmodule nur einen Wirkungsgrad von bis zu 13 Prozent, was weit unter dem Wirkungsgrad von bis zu 24 Prozent von monokristallinen Solarzellen liegt. Auf der gleichen Dachfläche produzieren sie weniger Ertrag. Aus diesem Grund werden sie im Allgemeinen nicht für die Installation auf begrenzten Dachflächen empfohlen.
Solaranlage aufteilen
Eine Möglichkeit besteht darin, in schattigen Bereichen keine Solarmodule zu installieren. Neben der verfügbaren Flächen, ist es möglich andere Flächen zu nutzen, zum Beispiel auf einem Solar-Carport oder als Fassaden-Photovoltaik. Mit einem Multistring-Wechselrichter können Sie die PV-Anlage trotz unterschiedlicher Ausrichtungen und Neigung zusammenführen.
Verschattungsanalyse durchführen
Für den maximalen Ertrag braucht es eine Verschattungsanalyse. Die Berechnung der PV-Verschattung ist für Nichtfachleute eine Herausforderung. Es müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden: der Standort der Anlage, aktuelle und zukünftige Verschattungsquellen sowie der Sonnenstand im Tages- und Jahresverlauf.
Die Bedienung solcher Berechnungsprogramme ist äußerst komplex und erfordern ein Verständnis für Verschattungsprobleme. Es wird empfohlen, einen erfahrenen Solarteur mit der Planung einer PV-Anlage zu beauftragen.
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