Solarzellen erzielen ihre beste Leistung bei direkter Sonneneinstrahlung, doch in der Praxis ist es selten so einfach. Bäume, Dachaufbauten, Schornsteine, benachbarte Gebäude: Auf fast jedem gewerblichen Dach gibt es Hindernisse, die zu bestimmten Tageszeiten Schatten werfen. Die Frage, die sich Projektentwickler und Installateure dann stellen, ist verständlich: Funktionieren Sonnenkollektoren im Schatten noch, und wenn ja, wie effizient sind sie dann noch? Die Antwort ist differenziert und hängt von mehreren Faktoren ab, von der Art des Schattens bis hin zur Technologie im Modul selbst.
Bei großflächigen Dachanlagen auf Gewerbegebäuden, Logistikzentren und Industriegebäuden ist dies keine theoretische Frage. Schattenverluste können sich direkt auf den Energieertrag einer Anlage und damit auf die wirtschaftliche Rentabilität eines Projekts auswirken. Wer die Funktionsweise von Solarmodulen im Schatten versteht, kann fundiertere Entscheidungen hinsichtlich der Anlagenauslegung, der Komponentenauswahl und der Projektplanung treffen.
Schatten verringert die Lichtmenge, die auf ein Solarmodul fällt, wodurch weniger Photonen in elektrische Energie umgewandelt werden. Selbst diffuses Licht, wie es an einem bewölkten Tag vorkommt, enthält genügend Strahlung, damit ein Modul Strom erzeugt, doch der Ertrag ist dann deutlich geringer als bei direkter Sonneneinstrahlung. Bei direktem Schatten durch ein Hindernis ist der Effekt noch stärker und komplexer.
Das Besondere an herkömmlichen PV-Modulen ist, dass die Zellen in Reihe geschaltet sind. Das bedeutet, dass eine einzige verschattete Zelle den Stromfluss im gesamten String einschränken kann – vergleichbar mit einer defekten Glühbirne in einer Reihenschaltung von Weihnachtslichtern. Die verschattete Zelle wirkt wie ein Widerstand und kann sogar Wärme erzeugen, was als Hotspot-Effekt. Dies kann auf Dauer zu Schäden am Modul führen und ist einer der Gründe, warum die Schattensteuerung bei der Planung einer Anlage so wichtig ist.
Nicht jeder Schatten ist gleich. Die Unterscheidung zwischen Halbschatten und Vollschatten ist entscheidend für das Verständnis des Wirkungsgrad von Solarmodulen bei Verschattung. Voller Schatten, bei dem ein Modul vollständig verdeckt wird, führt zu einem nahezu vollständigen Ertragsausfall dieses bestimmten Moduls. Teilschatten, bei dem nur ein Teil des Moduls oder ein Teil der Anlage betroffen ist, hat komplexere Auswirkungen.
Bei teilweiser Verschattung eines herkömmlichen Systems ohne Optimierer oder Mikro-Wechselrichter kann der Ertragsverlust eines einzelnen Moduls den Ertrag eines gesamten Strings drastisch senken. In der Praxis bedeutet dies, dass ein kleines Hindernis, wie beispielsweise ein Schornstein, der früh am Morgen Schatten auf zwei Module wirft, einen unverhältnismäßig großen Einfluss auf den Gesamtertrag der Anlage haben kann. Moderne Anlagen sind darauf ausgelegt, diesen Kaskadeneffekt zu begrenzen, doch das Grundprinzip bleibt bei jeder Projektplanung relevant.
Die Branche hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei der Verringerung von Schattenverlusten erzielt. Dabei spielen drei Technologien eine zentrale Rolle.
Die meisten modernen PV-Module sind mit Bypass-Dioden ausgestattet, die verschattete Zellen elektrisch umgehen, sodass der Rest des Moduls weiterhin Strom erzeugt. Dies verhindert die schlimmsten Auswirkungen des Hotspot-Effekts und beschränkt den Verlust auf den verschatteten Bereich. Es handelt sich um eine grundlegende Lösung, die in nahezu jedem hochwertigen Modul vorhanden ist.
Mikro-Wechselrichter und DC-Optimierer gehen noch einen Schritt weiter. Während ein herkömmlicher String-Wechselrichter das schwächste Modul als Referenz nimmt, ermöglichen diese Technologien jedem Modul, an seinem eigenen maximalen Leistungspunkt zu arbeiten. Bei Teilschatten auf PV-Modulen Dies kann den Ertrag erheblich steigern, da die Leistung eines einzelnen Moduls nicht mehr die gesamte Anlage einschränkt. Bei komplexen Dachgeometrien oder Dächern mit mehreren Ausrichtungen sind dies wertvolle Lösungen.
Neuere Modulkonstruktionen, wie beispielsweise Halbzellen- und Shingle-Module, unterteilen die Zelle in kleinere Einheiten, die weniger anfällig für Teilverschattung sind. Da die elektrischen Auswirkungen von Verschattung auf eine größere Anzahl kleinerer Zellen verteilt werden, bleibt der Gesamtertrag stabiler, wenn nur ein Teil des Moduls betroffen ist.
Eine gründliche Schattenanalyse ist kein optionaler Schritt, sondern ein wesentlicher Bestandteil jedes seriösen PV-Projekts. Mithilfe spezieller Software können Installateure und Projektentwickler die Schattenverläufe auf einem Dach für jede Stunde des Jahres simulieren, wobei die Position der Sonne, die Höhe von Hindernissen und die Ausrichtung des Daches berücksichtigt werden.
Auf der Grundlage dieser Analyse lassen sich fundierte Entscheidungen über die Anordnung der Module, die Aufteilung der Strings und die Wahl der Wechselrichtertechnologie treffen. Ein Hindernis, das im Sommer kaum Schatten wirft, kann im Winter aufgrund des niedrigen Sonnenstands einen viel größeren Teil des Daches in den Schatten stellen. Wer dies bei der Planung nicht berücksichtigt, riskiert eine Anlage, deren Leistung dauerhaft hinter den Erwartungen zurückbleibt.
Solarge bietet für seine gewerblichen Solarmodule eine Einschätzung auf der Grundlage der spezifischen Standortbedingungen, einschließlich Ausrichtung und Verschattung, an, damit die Projektpartner ein realistisches Bild vom zu erwartenden Energieertrag erhalten. Damit ist die Verschattungsanalyse ein integraler Bestandteil des Beratungsprozesses und keine Nebensache.
Schattenverluste haben direkte finanzielle Auswirkungen. Eine Anlage, die dauerhaft weniger Strom produziert als erwartet, erwirtschaftet geringere Energieerträge und hat daher eine längere Amortisationszeit. Bei groß angelegten kommerziellen Projekten, bei denen die wirtschaftliche Machbarkeit genau berechnet wurde, kann dies einen erheblichen Unterschied ausmachen.
Es ist daher ratsam, bei der Berechnung der Amortisationszeit nicht von der theoretischen Spitzenleistung auszugehen, sondern von einer realistischen Produktionsschätzung, die lokale Verschattungsverhältnisse, saisonale Schwankungen und Systemverluste berücksichtigt. Eine konservative, aber genaue Schätzung bietet mehr Sicherheit als eine optimistische Prognose, die in der Praxis nicht erreicht wird.
Gleichzeitig bietet eine gute Schattenanalyse auch Chancen. Durch eine geschickte Positionierung der Module und die Wahl der richtigen Technologie lassen sich Schattenverluste erheblich reduzieren, sodass eine Anlage näher an ihr theoretisches Leistungsmaximum heranreicht. In Kombination mit leichten Modulen, die auf einem größeren Teil der Dachfläche installiert werden können – einschließlich Dachabschnitten, die für herkömmliche Glasmodule eine zu hohe Belastung darstellen würden –, entsteht eine Anlage, die sowohl hinsichtlich des Ertrags als auch der Langlebigkeit das Maximum aus der verfügbaren Dachfläche herausholt.
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