Die Verschattung von Photovoltaikanlagen

Ein kompletter oder zeitweiliger Schattenwurf auf den Modulen kann die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage empfindlich beeinflussen und zu relevanten Ertragseinbußen führen. Die Bahn der Sonne sowie vorhandene Hindernisse wie große Bäume oder Gebäude sollten deshalb in der Planungsphase genau berücksichtigt werden. Bedenken Sie außerdem, dass die Photovoltaik­anlage mindestens 20 Jahre in Betrieb ist. Bäume wachsen und die Nachbarn könnten ihr Haus ausbauen – beachten Sie dies bei Ihren Überlegungen und klären Sie es möglicherweise mit Ihren Nachbarn ab. Ziel ist es, die Anlage so zu planen, dass die Verschattung der Solarmodule zu jeder Tages- oder Jahreszeit so gering wie möglich gehalten wird. Fachbetriebe helfen Ihnen, die Anlage standortoptimiert und mit so wenig Verschattung wie möglich zu planen und die Toleranzgrenze der Verschattung zu bestimmen.

• Standortabhängige Verschattung durch Gebäude, hohe Bäume, Strommasten oder Hochantennen.
• diffuse Abschattung durch große, weiter entfernte Hindernisse, die nur unzureichend Sonnenlicht auf die Module scheinen lassen.
• Gebäudebedingte Verschattung durch Dachgauben, Schornsteine oder die Flachdachattika
• Eigenverschattung bei Aufdachmontage auf Flachdächern
• Kurzzeitige Verschattung aufgrund von Witterungsbedingungen und Verschmutzung durch Laub, Schnee oder Staubschichten

Während sich die standortabhängige sowie die diffuse Verschattung oft nicht gänzlich umgehen lässt, lassen sich alle weiteren Formen der Verschattung durch eine sorgfältige und berücksichtigende Planung bzw. eine regelmäßige Reinigung gut minimieren, bzw. sind nur kurzzeitig und damit wenig ertragsrelevant vorhanden. Verschatten Objekte auf dem eigenen Grundstück oder am Gebäude die Photovoltaikanlage, können diese entfernt (zum Beispiel Bäume) oder versetzt (zum Beispiel Antennen, Dachgauben oder Satellitenschüsseln) werden.

Um herauszufinden, ob die für Photovoltaik geplante Dachfläche übermäßig verschattet wird, sollte auf jeden Fall eine Verschattungsanalyse vorgenommen werden. So finden Sie heraus, ob beispielsweise Bäume, andere Häuser, Berge oder Schornsteine die direkte Sonneneinstrahlung stark und dauerhaft behindern. Diese Analyse kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden:

Sonnenbahndiagramm auf Folie

Das Sonnenbahndiagramm auf Folie wird auf einen Lageplan gelegt. Mittels der Folie lässt sich die Verschattung der Photovoltaikanlage vom Blickwinkel der Anlage aus ermitteln. Für eine konkrete Berechnung müssen für Bäume verschiedene Transmissionsgrade (Durchlassgrad der Strahlung) mitberücksichtigt werden.

Verschattungsanalyse mit digitalen Hilfsmitteln

Über digitale Messgeräte kann die Verschattung ebenfalls ermittelt werden, zum Beispiel über ein Digitalfoto. Die Verschattungsverluste werden errechnet und dann direkt ausgegeben.

Per Software

Moderne Software ist in der Lage, die Verschattungen einer geplanten Photovoltaikanlage am PC zu visualisieren. Das Ergebnis zeigt das Maß der Verschattung auf dem jeweiligen Dach zuverlässig und detailliert an. Entscheidend dabei ist, dass alle verschattenden Elemente mitberücksichtigt werden.

Durch eigene Beobachtungen

Führen Sie die Verschattungsanalyse selbst durch, ist es wichtig, dass Sie die Beobachtung über einen längeren Zeitraum und zu allen Tageszeiten durchführen. Wirft ein umstehender Baum zu Beginn des Tages keinen Schatten, kann dies am Nachmittag der Fall sein. Diese Art der Verschattungsanalyse ist zeitaufwendig und muss für verwendbare Ergebnisse sehr präzise und über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden. Unterstützend wirkt ein so genannter Sonnenstandanalysator. Auf einer durchsichtigen Folie sind die Sonnenbahnen eingezeichnet. Die Folie wird auf dem Dach so ausgerichtet, wie die Module später angebracht werden sollen.

Werden die Solarmodule Ihrer Anlage verschattet, mindert dies auf mehrere Arten den Ertrag. Dass weniger Sonneneinstrahlung eine geringere Stromproduktion erzeugt, ist auf den ersten Blick verständlich und nachvollziehbar. Doch die Verschattung bringt noch eine komplexere Problematik mit sich:

• Durch die Reihen- oder Serienverschaltung der Module, auch als String bezeichnet, sorgt ein verschattetes Modul dafür, dass der in den vorgelagerten Modulen produzierte Strom nicht weitertransportiert wird. Ist das letzte Modul eines Strings betroffen, kann der gesamte produzierte Strom nicht mehr zum Wechselrichter weiterfließen und ist somit nicht nutzbar.
• Auch wenn das erste Element einer Reihe ganz oder teilweise verschattet ist, hat das negative Auswirkungen. Bereits eine Verschattung um wenige Prozent kann die Stromleistung auf ein Viertel der Normalstärke reduzieren.
• Im schlimmsten (und zum Glück eher theoretischen) Fall kommt es zu einer Überhitzung durch einen Elektronenstau, der die Module schädigt und sogar Brände auslösen kann. Man spricht dann von einem sogenannten „Hot Spot“.

Flachdächer eignen sich ausgezeichnet für die Aufstellung einer Photovoltaikanlage, da die Dachausrichtung wie auch die Dachneigung der Module durch entsprechend positionierte Ständer frei und optimal gewählt werden kann. Auf Flachdächern werden mehrere Reihen von Photovoltaikmodulen auf robusten Systemträgern angebracht. Bei der Montage muss darauf geachtet werden, dass der Abstand zwischen den Reihen ausreichend groß ist, damit sich die Solarmodule nicht gegenseitig verschatten.

Gänzlich zu vermeiden ist eine Verschattung bei einer Flachdachaufstellung nicht, sie lässt sich allerdings auf eine vergleichsweise kurze Zeit beschränken, so dass die Ertragseinbußen vernachlässigt werden können. Als Faustregel für den optimalen Abstand gilt das 5-fache der Breite der Modulreihen. Die Berechnung sollte nicht „Pi mal Daumen“ vorgenommen, sondern aus folgenden Parametern mit einer speziellen Software die optimale Aufstellung ermittelt werden:

• Nettodachfläche
• Modulneigung
• Modulgröße
• Montageart (horizontal oder vertikal)
• Anlagenstandard
• Abweichung von der Südrichtung (Azimut)

Ist die Photovoltaikanlage einmal installiert, lassen sich Verschattungsprobleme meist nur noch schwer oder mit erheblichem Aufwand beheben. Deshalb muss diese Problematik bereits bei der Planung berücksichtigt werden. Im Idealfall planen Sie Ihre Photovoltaikanlage auf einer Dachfläche, die kaum oder gar nicht verschattet wird. Lässt sich ein Schattenwurf nicht vermeiden, kann dieses Problem auf verschiedene Arten gelöst werden:

• Durch eine Parallel- oder Paarmodulschaltung wird gewährleistet, dass jederzeit Strom fließt, indem er an den gerade nicht aktiven (weil verschatteten) Modulen vorbeigeleitet wird. Dazu werden sogenannte Schottky- oder Bypass-Dioden vor die Module geschaltet. Diese verhindern ein übermäßiges Abfallen der Spannung.
• Bei jahreszeitbedingten Verschattungen können verschattete und nicht verschattete Module am Wechselrichter getrennt werden. Ein MPP-Tracker sorgt dafür, dass die Module auch bei Verschattung ihr Leistungsoptimum erreichen.
• Wandert die Verschattung im Tagesverlauf über alle Module der Anlage, kommen Leistungsoptimierer zum Einsatz. Diese werden an jedem Modul installiert und sorgen dafür, dass nur das jeweils verschattete Modul und nicht der gesamte Wechselrichter in seiner Leistung abfällt.
• Steht Ihnen ausreichend Fläche zur Verfügung, können Sie Dünnschichtsolarmodule einsetzen. Diese besitzen einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Module, können Verschattungseffekte allerdings leichter abfangen.
• Dauerhafte Schattenfelder auf dem Dach können einfach „ausgelassen“ werden. Die Anlage wird um den Schatten herum montiert.

Weitere Informationen zum Thema finden Sie im Artikel Photovoltaik und Sonne. Wir stellen Ihnen gerne Solar-Fachbetriebe zu Seite, die Ihnen bei der Berechnung und der Vermeidung von Verschattung unterstützen.