Kurz gesagt
Verschattung senkt den Ertrag von Solarpaneelen in Antalya stärker, als es der verschattete Flächenanteil vermuten lässt, weil in Reihenschaltung die schwächste Stelle den Strom begrenzt. Bypass-Dioden schalten die verschattete Zellgruppe ab, eine saubere String- und MPPT-Planung verringert den Verlust. Bei dauerhaftem Schatten auf Dächern in Antalya kommen Optimierer oder Mikro-Wechselrichter in Betracht; entschieden wird per dachspezifischer Schattenanalyse.
Das Wichtigste
- In Reihenschaltung begrenzt die Zelle oder das Modul mit der geringsten Einstrahlung den Strom; der Verlust ist nicht linear zum verschatteten Flächenanteil.
- Die Bypass-Diode schaltet die verschattete Zellgruppe ab, senkt dabei aber die Modulspannung.
- Halbzellenmodule können durch ihre Verschaltung als zwei parallele Teilstränge bei Verschattung Vorteile haben; den Gewinn als festen Prozentsatz anzugeben, wäre nicht korrekt.
- Die günstigste Maßnahme: Module mit ähnlicher Einstrahlung im selben String verschalten und Ausrichtungen auf getrennte MPPT legen.
- In Antalya beträgt die tägliche Sonnenscheindauer im Dezember 4,8 Stunden (MGM); der Winterschatten ist länger.
Verschattung kann den Ertrag von Solarpaneelen deutlich stärker mindern, als es der verschattete Flächenanteil vermuten lässt. Der Grund: Die Module sind in Reihe geschaltet, und der Strom wird vom schwächsten Glied begrenzt. Schon der Schatten eines kleinen Schornsteins kann den Strom eines ganzen Modulstrangs verringern. Bypass-Dioden, eine saubere String-Planung und bei Bedarf Optimierer oder Mikro-Wechselrichter begrenzen diesen Verlust. Bei Solarpaneelen in Antalya ist die Schattenanalyse auf Villen-, Wohnhaus- und Landwirtschaftsdächern deshalb der erste Planungsschritt.
Warum senkt Verschattung bei Solarpaneelen den Ertrag überproportional?
Ein Modul besteht aus in Reihe geschalteten Zellen. In einem Reihenstromkreis ist der Strom an jeder Stelle gleich; deshalb begrenzt eine einzige verschattete Zelle den Strom, den die übrigen, beleuchteten Zellen liefern könnten. Schaltet man die Module ebenfalls in Reihe zu einem String (Modulstrang), überträgt sich dieselbe Regel auf den Strang: Das Modul mit der geringsten Einstrahlung bestimmt den Strom des Strangs.
Deshalb ist der Verschattungsverlust nicht linear zum Flächenanteil. Ein Blatt oder Vogelkot, der nur wenige Prozent eines Moduls bedeckt, kann ohne geeigneten Schutz zu einem viel größeren Leistungsverlust führen. Außerdem kann sich die verschattete Zelle erwärmen, wenn sie den Strom der beleuchteten Zellen tragen muss; dieser Zustand heißt Hotspot und kann das Material langfristig schädigen.
Wie funktioniert eine Bypass-Diode?
Die Bypass-Diode ist ein Schutzbauteil, das parallel zu den Zellgruppen im Modul geschaltet ist. Gerät eine Zellgruppe in den Schatten, wird die Diode leitend und führt den Strom an dieser Gruppe vorbei. So fällt die verschattete Gruppe aus dem Stromkreis, und der Rest des Moduls erzeugt weiter Strom. Anzahl der Dioden und Anordnung der Zellgruppen unterscheiden sich je nach Modulmodell; genaue Angaben finden Sie im Datenblatt des Herstellers.
Die Bypass-Diode hat jedoch ihren Preis: Weil die verschattete Gruppe ausfällt, sinkt die Spannung des Moduls. Auch wenn die übrigen Module im String nicht betroffen sind, verändert die geringere Strangspannung den Arbeitspunkt des Wechselrichters. Die Diode verhindert nur das Schlimmste; die Wirkung des Schattens hebt sie nicht auf.
Sind Halbzellenmodule bei Verschattung im Vorteil?
Half-Cut-Module (Halbzellenmodule) entstehen, indem die Zellen in der Mitte geteilt werden. Das TommaTech TT605-144TN10 ist ein TOPCon-Modul mit 605 Wp aus 144 Halbzellen. In der Halbzelle halbiert sich der Strom; da Widerstandsverluste mit dem Quadrat des Stroms steigen, sinken die Verluste auf Zellebene. Der Vorteil bei Verschattung kommt jedoch nicht vom Zerschneiden der Zellen, sondern davon, dass das Modul wie zwei parallele Teilstränge verschaltet ist; liegt eine Hälfte im Schatten, kann die andere weiter Strom liefern (laut Erläuterung von EnergySage). Den Nettogewinn auf Modulebene als festen Prozentsatz anzugeben, wäre nicht korrekt; Einzelheiten zur Technologie finden Sie in unserem Beitrag zur Half-Cut-Zelltechnologie.
Verluste durch Verschattung begrenzen: String-Planung und MPPT
Machen wir es an einem Beispiel greifbar. Beim TommaTech-Modul mit 605 W beträgt Vmp 43,95 V und Imp 13,77 A (Datenblatt). Schalten Sie 12 Module in einen String, liegt die Strangspannung bei etwa 527 V und die Leistung bei etwa 7,26 kWp (Rechnung: 12 x 43,95 V und 12 x 605 W). Gerät ein Modul im String in den Schatten und seine Bypass-Diode wird aktiv, sinkt die Strangspannung, und der MPPT des Wechselrichters muss einen neuen Arbeitspunkt suchen. Der Ertrag sinkt nicht nur um den Anteil des verschatteten Moduls, sondern in dem Maß, in dem das Strom-Spannungs-Gleichgewicht des Strangs gestört wird. Eine gute Planung berechnet dieses Zusammenspiel von Anfang an.
Die günstigste Maßnahme gegen Verschattung liegt in der Planungsphase. Die erste Regel lautet, Module mit ähnlicher Einstrahlung im selben String zu verschalten. Eine Modulgruppe, die morgens im Schatten liegt, zusammen mit einer ganztägig freien Gruppe in einen Strang zu legen, zieht den ganzen Strang herunter.
- Trennung nach Ausrichtung: Nach Osten und nach Westen geneigte Flächen auf getrennte Strings und, wenn möglich, getrennte MPPT-Eingänge legen.
- Verschattete und unverschattete Module trennen: Module mit hoher Verschattungswahrscheinlichkeit werden in einem eigenen String zusammengefasst.
- Stranglänge: Lange Strings können empfindlicher auf Schatten reagieren; sie werden zusammen mit dem MPPT-Spannungsbereich des Wechselrichters betrachtet.
- Belegung: Ob die Module im Hoch- oder Querformat montiert werden, verändert, welche Zellgruppen der Schatten trifft.
Optimierer und Mikro-Wechselrichter: Lösung auf Modulebene
Auf Dächern, auf denen Schatten unvermeidbar ist, kommt Elektronik auf Modulebene ins Spiel. Der Optimierer führt am Ausgang jedes Moduls ein eigenes MPPT aus und verringert so, dass der Schatten eines Moduls die anderen begrenzt; die Umwandlung übernimmt weiterhin der zentrale Wechselrichter. Der Mikro-Wechselrichter wandelt dagegen hinter jedem Modul Gleich- in Wechselstrom um, sodass die Module unabhängig voneinander arbeiten. Unser Beitrag zu Mikro-Wechselrichtern und Optimierern vergleicht beide Ansätze im Detail.
| Lösung | Was sie bewirkt | Wann sie sinnvoll ist |
|---|---|---|
| Bypass-Diode | Schaltet die verschattete Zellgruppe ab | Standardschutz in jedem Modul |
| Trennung von String und MPPT | Gruppiert Module mit ähnlicher Einstrahlung | Bei unterschiedlicher Ausrichtung oder Teilverschattung |
| Optimierer | Führt ein MPPT pro Modul aus | Bei verstreutem, wechselndem Schatten |
| Mikro-Wechselrichter | Wandelt an jedem Modul einzeln um | Bei stark gegliederten, komplexen Dächern |
| Schattenquelle beseitigen | Baum zurückschneiden, Modulposition ändern | Erste Wahl, wenn sich die Quelle entfernen lässt |
Elektronik auf Modulebene bedeutet ein zusätzliches Bauteil und einen zusätzlichen möglichen Ausfallpunkt. Ist der Schatten gering und lösbar, ist es daher sinnvoll, zuerst die Belegung zu korrigieren; Optimierer oder Mikro-Wechselrichter kommen vor allem auf Dächern in Frage, auf denen der Schatten dauerhaft bleibt.
Häufige Schattenquellen in Antalya
Die häufigsten Schattenverursacher in Antalya sind Aufbauten auf dem Dach. Auf Villendächern sind es Schornsteine, Antennen und Außengeräte von Klimaanlagen; auf Wohnblöcken Aufzugsturm, Wassertank und Dachausstieg; auf Einfamilienhäusern die Kollektoren solarthermischer Warmwasserbereiter. Bei Häusern mit Garten werfen Palmen und Zitrusbäume Schatten, in Küstenregionen hohe Nachbargebäude zu verschiedenen Tageszeiten im Jahresverlauf.
Auch die Jahreszeit spielt eine Rolle. Da die Sonne im Winter tief steht, werden Schatten länger. Nach den MGM-Daten beträgt die durchschnittliche tägliche Sonnenscheindauer in Antalya im Dezember 4,8 Stunden, im Juli dagegen 11,7 Stunden. Der Winterschatten kann deshalb ausschlaggebender sein als der Sommerschatten; die Schattenanalyse sollte sich nach dem ungünstigsten Zeitpunkt im Jahr richten. Auch die Berge nördlich und westlich von Antalya können einen Horizontschatten erzeugen. Aus diesem Grund berücksichtigt die in dieser Serie verwendete PVGIS-Rechnung auch das mit DEM berechnete Horizontprofil.
Auf Flachdächern sind auch die Module selbst eine Schattenquelle. Werden die Module nicht flach, sondern geneigt aufgestellt, kann die vordere Reihe die hintere vor allem an Wintermorgen verschatten. Deshalb werden auf dem Flachdach Reihenabstand, Winkel und Fläche gemeinsam berechnet. Die Winkelwahl haben wir in unserem Beitrag zu Neigung und Ausrichtung von Solarpaneelen in Antalya behandelt.
Wie läuft die Schattenanalyse ab?
Beim Vor-Ort-Termin werden Dach und Umgebung vermessen; Höhe und Lage der schattenwerfenden Objekte werden erfasst. Anschließend wird der Sonnenlauf im Jahresverlauf in einer Simulation berechnet, die zeigt, auf welche Module zu welchen Uhrzeiten Schatten fällt. Das Ergebnis bestimmt die Modulbelegung, die String-Aufteilung und gegebenenfalls den Bedarf an Optimierern. Nach der Montage kann zur Kontrolle ein Hotspot-Scan mit der Wärmebildkamera erfolgen; das Verfahren haben wir im Beitrag Modulprüfung mit der Wärmebildkamera erklärt.
Nicht jeder Schatten ist dauerhaft. Vogelkot, Blätter und dichter Staub wirken auf der Moduloberfläche ebenfalls wie ein lokaler Schatten. Ein geregelter Reinigungs- und Wartungsplan verringert solche Schatten; Einzelheiten finden Sie im Beitrag Staub, Pollen und Solarpaneele.
Um Schatten zu verringern, reichen manchmal einfache Lösungen: einen Baum zurückschneiden, ein Modul an eine andere Stelle des Dachs versetzen oder neben dem Wassertank Abstand lassen. Bei Anlagen, die nach der Installation Schattenprobleme haben, helfen auch Wartungs- und Monitoringdaten. Dass ein einzelnes Modul oder ein String weniger erzeugt als die anderen, lässt sich auf dem Monitoring-Bildschirm erkennen.
Praktische Checkliste zur Verschattung
- Listen Sie alle Objekte auf und um das Dach auf, die dauerhaft Schatten werfen (Schornstein, Tank, Antenne, Baum).
- Achten Sie besonders auf den Schatten zur Mittagszeit im Winter; er ist länger als der Sommerschatten.
- Fragen Sie, ob verschattete Module auf einen eigenen String oder MPPT-Eingang gelegt werden.
- Vergleichen Sie, ob Optimierer oder Mikro-Wechselrichter tatsächlich nötig sind, mit dem Simulationsergebnis.
- Beobachten Sie nach der Installation die Erzeugungsdaten und markieren Sie Module, die schwächer arbeiten als erwartet.
Fazit
Verschattung verursacht bei Solarpaneelen mehr als einen reinen Flächenverlust, denn in Reihenschaltung bestimmt das schwächste Glied den Strom. Bypass-Diode, saubere String-Planung und bei Bedarf Elektronik auf Modulebene begrenzen den Verlust; die wirksamste Lösung ist aber oft, die Schattenquelle aus der Belegung herauszuhalten. Für eine Schattenanalyse Ihres Dachs und die richtige Komponentenwahl können Sie einen kostenlosen Vor-Ort-Termin anfragen.
Häufig gestellte Fragen
Wie stark senkt Verschattung den Ertrag von Solarpaneelen?
Einen genauen Prozentsatz zu nennen wäre nicht korrekt, denn der Verlust hängt von Form des Schattens, Modulbelegung und Verschaltung ab. Da in Reihenschaltung das schwächste Modul den Strom begrenzt, kann der Verlust weit größer sein als die verschattete Fläche. Bypass-Dioden und eine saubere String-Planung begrenzen diesen Effekt. Eine dachspezifische Schattensimulation zeigt den tatsächlichen Verlust.
Wozu dient eine Bypass-Diode?
Gerät eine Zellgruppe im Modul in den Schatten, leitet die Bypass-Diode den Strom an dieser Gruppe vorbei. So fällt die verschattete Gruppe aus dem Stromkreis, und der Rest des Moduls erzeugt weiter Strom. Außerdem begrenzt sie die Überhitzung verschatteter Zellen. Die Zahl der Dioden hängt vom Modulmodell ab und steht im Datenblatt; die Wirkung des Schattens hebt sie nicht vollständig auf.
Sind Optimierer auf einem verschatteten Dach Pflicht?
Nein, sie sind nicht zwingend. Ist der Schatten fest und begrenzt, kann es ausreichen, die Module auf einen eigenen String oder MPPT-Eingang zu legen. Optimierer sind sinnvoll auf Dächern, auf denen der Schatten im Tages- und Jahresverlauf wechselt, verstreut und dauerhaft ist. Für die Entscheidung braucht es eine Schattensimulation des Dachs und einen Komponentenvergleich; ein zusätzliches Bauteil bedeutet auch einen zusätzlichen möglichen Ausfallpunkt.
Löst ein Mikro-Wechselrichter das Verschattungsproblem?
Da der Mikro-Wechselrichter die Umwandlung für jedes Modul einzeln vornimmt, begrenzt der Schatten eines Moduls die Erzeugung der anderen nicht. Das ist auf Dächern mit wechselndem Schatten ein Vorteil. Die Erzeugung des verschatteten Moduls selbst sinkt aber trotzdem. Außerdem bedeutet ein Mikro-Wechselrichter mehr Bauteile; die Wahl sollte nach Dachstruktur, Modulzahl und Wartungserwartung erfolgen.
Welche Schattenquellen treten auf Dächern in Antalya am häufigsten auf?
Auf Villen- und Wohnblockdächern sind Schornsteine, Antennen, Außengeräte von Klimaanlagen, Aufzugsturm und Wassertank die häufigsten Schattenquellen. Auf Einfamilienhäusern kommen Kollektoren solarthermischer Warmwasserbereiter hinzu, bei Häusern mit Garten Palmen und Zitrusbäume, in Küstenregionen hohe Nachbargebäude. Da die Wintersonne tief steht, sind die Schatten im Winter länger.
Sind Halbzellenmodule (Half-Cut) bei Verschattung besser?
Der Vorteil bei Verschattung kommt nicht vom Halbieren der Zellen, sondern davon, dass das Modul wie zwei parallele Teilstränge verschaltet ist. Liegt eine Hälfte im Schatten, kann die andere weiter Strom erzeugen. Den Vorteil liefert also das interne Verschaltungsdesign des Moduls. Den Gewinn auf Modulebene als festen Prozentsatz anzugeben wäre nicht korrekt; er hängt von der internen Verschaltung, der Form des Schattens und der Tageszeit ab.
Wie wird ein Verschattungsverlust erkannt?
Auf dem Monitoring-Bildschirm lässt sich erkennen, dass ein Modul oder String weniger erzeugt als die anderen. Zusätzlich kann ein Hotspot-Scan mit der Wärmebildkamera erfolgen; verschattete und sich erwärmende Zellen erscheinen wärmer. Vor der Installation wird das Dach vermessen und der Sonnenlauf im Jahresverlauf simuliert, sodass der Schatten schon in der Planung berücksichtigt wird.
Quellen
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