Verschattung in der Photovoltaik tritt auf, wenn die Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen durch physische Hindernisse oder Verschmutzungen eingeschränkt wird. Dieses Phänomen, auch als Abschattung bezeichnet, kann die Energieproduktion einer Solaranlage erheblich reduzieren.
Verschattung in der Photovoltaik bezeichnet den Zustand, in dem Photovoltaikmodule nicht in vollem Umfang Sonnenlicht empfangen, meistens durch physische Hindernisse oder Verunreinigungen. Wenn ein Modul verschattet ist, kann es nur diffuse Sonneneinstrahlung nutzen und erzeugt dadurch deutlich weniger Strom.
Deswegen spielt Verschattung eine entscheidende Rolle bei der Planung und dem Betrieb von Photovoltaikanlagen. Es ist wichtig, Verschattung so weit wie möglich zu minimieren, um die Effizienz und den Ertrag der Anlage zu maximieren
Welche Arten von Abschattung gibt es?
Statische Abschattung: Diese Art der Abschattung tritt aufgrund von permanenten Hindernissen wie Gebäuden, Bäumen oder Geländemerkmale auf, die die direkte Sonneneinstrahlung auf die Module beeinträchtigen.
Dynamische Abschattung: Diese Abschattung tritt aufgrund von beweglichen Hindernissen auf, wie vorbeiziehende Wolken, die zeitweise die Sonne verdecken und den Lichteinfall auf die Module verringern.
Eigenverschattung: Diese entsteht, wenn sich Module gegenseitig verschatten, entweder aufgrund einer ungünstigen Anordnung oder zu geringem Abstand zwischen den Modulen. Dadurch kann der Ertrag der gesamten Anlage beeinträchtigt werden.
Verschattung durch Verschmutzung: Eine Verschmutzung der Module, zum Beispiel durch Staub, Schmutz oder Vogelkot, kann zu Verschattung führen und die Leistung der Anlage reduzieren.
Welche Auswirkungen hat Verschattung auf die Leistung von Photovoltaikmodulen?
Verschattung kann erheblich die Leistung von Photovoltaikmodulen verringern. Selbst eine teilweise Verschattung kann den Stromfluss innerhalb des gesamten Moduls reduzieren, ähnlich wie ein Knick in einem Gartenschlauch das Wasser staut.
Um Überhitzung zu vermeiden, sind Module mit Bypass-Dioden ausgestattet, die verschattete Bereiche umgehen können. Trotzdem übersteigt der Ertragsverlust durch Verschattung oft den tatsächlichen Verlust der beschienenen Fläche.
Wie kann man Verschattung in Photovoltaikanlagen vermeiden oder minimieren?
Die Vermeidung oder Minimierung von Verschattung bei Photovoltaikanlagen erfordert sorgfältige Planung und Überlegungen. Ein Schlüssel dazu ist eine individuelle Verschattungsanalyse, die alle möglichen Schattenobjekte in Ihrer Umgebung erfasst. Dabei wird eine spezielle Photovoltaikplanungssoftware (z. B. PV Sol) verwendet, um die Verschattung Ihrer Dachfläche zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten zu berechnen.
Mit diesem Wissen können wir dann die Ausrichtung und Platzierung Ihrer Photovoltaikanlage optimieren, um mögliche Verschattungen zu minimieren. Ebenso sollten bei erheblicher dauerhafter Verschattung diese Bereiche bei der Anlagenplanung ausgelassen werden.
Was ist eine Verschattungsanalyse und warum sollte sie bei der Planung einer Photovoltaikanlage berücksichtigt werden?
Eine Verschattungsanalyse identifiziert und bewertet alle Schattenquellen, die die Leistung einer Photovoltaikanlage beeinträchtigen könnten. Sie wird bei der Planung einer Solaranlage durchgeführt, um Ertragsverluste zu minimieren.
Dazu gehören Schatten von Gebäuden, Bäumen, Landschaftsmerkmalen und sogar von den Modulen selbst. Da Schatten den Stromfluss durch die Solarzellen stören und die Energieerzeugung verringern können, ist diese Analyse ein wichtiger Schritt bei der Planung einer effizienten Solaranlage.
Wie wirkt sich die Jahreszeit auf die Verschattung von Photovoltaikanlagen aus?
Die Jahreszeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Verschattung von Photovoltaikanlagen, da sich der Stand der Sonne im Laufe des Jahres ändert. Im Sommer steht die Sonne höher am Himmel, wodurch Schatten kürzer sind und seltener auf die Solarpaneele fallen.
Im Winter hingegen steht die Sonne tiefer, was zu längeren Schatten führt und somit die Gefahr von Verschattungen erhöht. Daher ist es wichtig, diese jahreszeitabhängigen Änderungen bei der Planung und Ausrichtung einer Photovoltaikanlage zu berücksichtigen.
Was ist eine Eigenverschattung und wie kann sie vermieden werden?
Eigenverschattung tritt auf, wenn die Photovoltaikmodule aufgrund eines zu geringen Abstands zueinander Schatten aufeinander werfen. Dieses Problem ist besonders bei Anlagen auf Flachdächern oder Freiflächen relevant.
Um Eigenverschattung zu vermeiden, sollten Installateure den vorgeschriebenen Mindestabstand zwischen den Modulen einhalten, der in jedem Montagesystem festgelegt ist. Bei Installationen, bei denen die Module parallel zum Dach montiert sind, wie bei Aufdach- oder Indachlösungen, stellt Eigenverschattung normalerweise kein Problem dar.
Was passiert, wenn ein Photovoltaikmodul teilweise verschattet ist?
Bei einer Teilverschattung eines Photovoltaikmoduls sinkt die Leistung auf das Niveau der schwächsten, also verschatteten Stelle. Dieser Leistungseinbruch betrifft den gesamten Stromfluss und kann zu Überhitzungen führen.
Um dies zu verhindern, sind Bypassdioden in den Modulen verbaut, die verschattete Bereiche überbrücken und so den Leistungsverlust minimieren. Allerdings ist der Ertragsverlust immer noch größer als der eigentliche Verlust der Sonneneinstrahlung, da auch die Leistung des gesamten Modul-Strings abnimmt.
Wie kann ein Leistungsoptierer bei der Abschattung eines Solarmoduls helfen?
Ein Leistungsoptimierer kann bei der Abschattung von Modulen helfen, indem er die Leistung der einzelnen Module überwacht und optimiert. Durch den Einsatz eines Leistungsoptimierers verhindert, dass ein verschattetes Modul die Leistung der anderen Module beeinträchtigt.
Er ermöglicht es den Modulen, unabhängig voneinander am Maximum Power Point (MPP) zu arbeiten und somit ihr volles Ertragspotenzial auszuschöpfen. Dies führt zu einer Reduzierung der Verschattungsverluste um 25 bis 40 %.
Ansonsten verringert ein Leistungsoptimierer das Risiko von Ausfällen und Schäden aufgrund von regelmäßigem Schatten, da er die Bypass-Dioden schützt und Hotspots vermeidet. Daher ist der Einsatz eines Leistungsoptimierers sinnvoll, wenn eine PV-Anlage regelmäßig durch Objekte wie Bäume oder Schornsteine verschattet wird.
Welche Rolle spielt die Reinigung der Module bei der Vermeidung von Verschattung?
Die regelmäßige Reinigung der Module spielt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Verschattung. Insbesondere in landwirtschaftlichen Gebieten, in denen eine erhöhte Verschmutzung üblich ist, kann die Reinigung der Module helfen, Verschattung durch Staub, Schmutz und Vogelkot zu vermeiden.
Bei einer Modulneigung von mindestens 12 Grad außerhalb von landwirtschaftlichen Gebieten ist eine Reinigung in der Regel nicht erforderlich, da der Regen normalerweise die Verunreinigungen entfernt.
Die Entscheidung zur Reinigung der Module sollte anhand der Verschmutzungssituation und der örtlichen Bedingungen getroffen werden, um eine optimale Leistung der Photovoltaikanlage sicherzustellen.
Photovoltaik Verschattung Innovationen
Verbesserter MPP-Tracker von SMA
Im Zentrum dieser Innovationen steht der verbesserte MPP-Tracker von SMA, der OptiTrac Global Peak. Dieser Tracker findet meistens das globale Leistungsmaximum und kann dadurch die Verluste durch Teilverschattungen erheblich reduzieren. Außerdem handelt es sich um eine Softwarelösung, sodass auch ältere SMA-Wechselrichter darauf umgerüstet werden können
Power Optimizer von National Semiconductor und Solar Edge
Ein weiterer spannender Ansatz kommt von National Semiconductor und Solar Edge. Sie haben die Power Optimizer entwickelt, die jedes Modul mit einem eigenen MPP-Tracker ausstatten. Damit passen sie Gleichspannung und -strom so an, dass auch in einer Reihenschaltung in einem String kaum Verluste auftreten sollten. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Fehlanpassung der Module untereinander reduziert wird
Einsatz von Stringwechselrichtern in großen Anlagen
Für größere Anlagen, in denen die Verschattungen besonders dramatische Auswirkungen haben können, empfehlen wir den Einsatz von Stringwechselrichtern statt Zentralwechselrichtern. Hersteller wie Danfoss und Siemens bieten bereits solche Lösungen an. SMA schlägt ein ähnliches Konzept vor und rät zur Verwendung von Multistringwechselrichtern bei drohender Teilverschattung.
Fazit
Verschattungen können die Leistung von Photovoltaik-Anlagen erheblich beeinträchtigen. Es ist wichtig, den Standort einer Anlage sorgfältig zu wählen und mögliche Verschattungsquellen zu berücksichtigen. Moderne Technologien und Komponenten können helfen, die negativen Auswirkungen von Verschattungen zu minimieren.
Eine regelmäßige Überwachung und Wartung der Anlage ist ebenfalls entscheidend, um sicherzustellen, dass sie optimal funktioniert und ihre maximale Energieausbeute erreicht.
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