Schattenverläufe erkennen und Leistungsverluste minimieren

9. November 2020
Verschattungsprobleme können ein K.O.- Kriterium bei der Anlagenplanung darstellen und sollten keinesfalls unterschätzt werden. Der Minderertrag durch Schatten kann sich extrem auf die Gesamtleistung der Anlage auswirken. Wie Sie ganzjährige Schattenverläufe auf Ihrem Dach ermitteln und welche konkreten Leistunsverluste diese zur Folge haben erkläre ich hier anhand meiner eigenen Photovoltaikanlage.
Dieser Artikel wurde erstellt von:
Christian Märtel, Redakteur www.Photovoltaik-Web.de
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PhotovoltaikIst das Dach geeignet?Schattenverläufe auf dem Dach

Großflächiger Schatten von umliegenden Gebäuden, Bäumen oder sonstigen Verursachern sollten zumindest ganzjährig nicht vorhanden sein. Geringere Schattenbildung, z.B. durch einen Kamin oder eine Satellitenanlage sollten wenn möglich ebenfalls vermieden werden. Eine Satellitenanlage kann oft mit verhältnismäßig geringen Kosten im Vergleich zu den Gesamtkosten der Anlage versetzt werden.

Weniger kWp-Leistung bringt oft mehr!

Was will ich damit sagen? Lieber auf das eine oder andere Modul verzichten, als durch die Anbringung dieser Module einen ganzen Modulstrang in der Leistung nach unten zu ziehen. Ein guter Solarteur wird nicht mit aller Gewalt das ganze Dach mit Modulen bestücken, sondern wird auf die Schattenproblematik eingehen und ein Angebot mit entsprechend geringerer Gesamtleistung erstellen. Sollten Sie also Angebote mit stark unterschiedlichen kWp-Leistungen erhalten, ist hierauf ein besonderes Augenmerk zu richten.

Wie wirkt sich Schatten auf die Leistungsausbeute aus?

Module werden im Normalfall in einem oder mehreren Strängen, den so genannten "Strings" in Reihe geschaltet. Es gibt zwar auch die Möglichkeit der Parallelverschaltung, dies ist aber die Ausnahme und zieht andere Nachteile nach sich.

Wird nun ein Modul in dem in Reihe geschalteten String verschattet, wirkt sich das überproportional auf die Gesamtleistung des gesamten Strings aus, auch wenn alle anderen Module schattenfrei sind. Photovoltaikmodule verfügen heutzutage über so genannte Bypass-Dioden, durch die der Strom an dem verschatteten Modul, bzw. Teil des Moduls vorbeigeleitet wird. Dadurch fällt der Verlust geringer aus, funktioniert aber nicht in jeder Situation. Kommt es z.B. zu einer Teilverschattung eines Moduls durch Äste oder Stromkabel, sprechen die Bypassdioden oft nicht an.

Genaue Schattenanalyse notwendig

Liegt ein Schattenproblem vor, so ist es im Vorfeld der Anlagenplanung wichtig, den Schattenverlauf im Tagesverlauf zu verschiedenen Jahreszeiten zu beobachten. Es sind schon Anlagen im Sommer installiert worden, und im Herbst, Winter und Frühjahr musste der Betreiber feststellen, dass die Hälfte der Anlage zu 100% verschattet ist. Oft kann man sich nicht vorstellen, wie extrem tief die Sonne im Winter steht. Während im Sommer die Anlage vollkommen schattenfrei war, sind sie jetzt plötzlich durch den niedrigen Sonnenstand, der um die Wintersonnenwende vorliegt, mit dieser Problematik konfrontiert. Nicht jeder Anlageninstallateur setzt sich mit diesem Thema intensiv auseinander, die Folgen können aber schwerwiegend sein. Ist die Anlage erst einmal montiert, sind nachträgliche Änderungen nur unter hohem Aufwand zu realisieren. Umso wichtiger ist die Planung und Analyse im Vorfeld der Installation.

Sollte vorliegender Schatten noch im tolerierbaren Bereich liegen, so können die Auswirkungen maßgeblich durch die richtige Wahl der Module in Kombination mit den Wechselrichtern, sowie der richtigen Aufteilung der Module auf verschiedene Strings beeinflusst werden. Mehr dazu können Sie in den Kapiteln Module und Wechselrichter lesen.

Der Sonnenbahnindikator

Eine einfache, jedoch schon sehr effektive Einschätzung einer möglichen Verschattung der Anlage ist bereits mit geringen Mitteln möglich. Der Sonnenbahnindikator von der Fa. Wagner & Co., der bereits für einen Preis von unter 50 € erhältlich ist, sollte zur Mindestausstattung eines Solarteurs gehören. Die Bedienung ist denkbar einfach. Das Gerät besteht aus einer Stahlblechhalterung, auf dem ein Kompass, ein Okular und eine Folie, auf der die Sonnenbahnen eingezeichnet sind, befestigt sind. Die Folien müssen nur entsprechend dem nördlichen Breitengrad, auf dem die Anlage installiert werden soll herausgesucht werden.

Jetzt muss man das Gerät nur noch mit Hilfe des Kompasses Richtung Süden ausrichten und sieht durch das Okular, durch welche Objekte die Anlage zu welchem Jahreszeitpunkt und zu welcher Uhrzeit verschattet sein wird. Ich habe das Gerät selber ausprobieren können und es bringt erstaunlich gute Ergebnisse.

Was das Gerät nicht kann, ist die Quantifizierung der Schattenbildung vorzunehmen. Hier hilft nur die Erfahrung des Solarteurs. Wenn eine professionelle Schattenanalyse erforderlich oder gewünscht ist, stehen weitere, technisch ausgereifte Produkte zur Verfügung, die aber auch ihren Preis haben. Hier die Links zu ein paar weiteren Geräten, mit denen eine umfangreiche Schattenanalyse möglich ist:

Aus der Praxis: Verschattung meiner Photovoltaik Anlage High-Light

Die Anlage ist auf einem Haus installiert, das am höchsten Punkt der Stadt Meßstetten steht. Was die Topografie angeht also optimale Bedingungen, da Berge dem Sonnenlauf nicht im Wege stehen. Alle Anbieter, die sich mein Haus angeschaut haben, sprachen ebenfalls von optimalen Bedingungen, eine Schattenproblematik wurde von niemand erwähnt oder erkannt. Ich selber war überzeugt, dass Schatten überhaupt kein Thema sei. Wie man sich irren kann!

Erst als ich intensiver begann, mich in die Materie einzuarbeiten, kamen erste Zweifel, also habe ich die Situation näher beobachtet. Dabei haben sich zwei "Schattenspender" herauskristallisiert. Zum einen steht in einem Abstand von ca. 90 Metern der Wasserturm von Meßstetten mit einer Höhe von 29,25 Metern mit einigen Bäumen drum herum.

Man sollte nicht glauben, dass dieser Turm in 90 Metern Entfernung tatsächlich einen Einfluss haben sollte. Hier kann mal wieder der Solarlog hilfreiche Dienste leisten. Schauen wir uns einen Tag Ende Februar an:

Man kann schön erkennen, wie sich der Schatten des Wasserturmes auf den String des oberen Daches (rote Linie) auswirkt. Der Schatten tritt nur zu bestimmten Jahreszeiten und dann auch nur kurzfristig auf, ist für die Anlage High-Light also absolut vernachlässigbar. Ich wollte nur verdeutlichen, dass auch weit entfernt liegende Objekte durchaus in die Schattenanalyse mit einbezogen werden müssen.

Der zweite Schattenverursacher ist deutlich unangenehmer. Ebenfalls in östlicher Richtung steht zum einen ein großer Ahornbaum im Nachbargarten, zusätzlich begrenzt noch eine hohe Hecke das Grundstück.

Auf dem Foto links, welches im Oktober um 8:00 Uhr morgens aufgenommen wurde, ist deutlich der großflächig durch den Baum und die Hecke verursachte Schatten erkennbar. Dieser Schatten wirkt sich noch bis gegen 11:00 Uhr aus. Eine genaue Schattenanalyse soll Aufschluss über den Schattenverlauf sowie die daraus resultierenden Verluste bringen.

Der Schatten fängt etwa Ende August an sich bemerkbar zu machen, hat im Dezember seinen Höhepunkt und verschwindet erst wieder Ende April. An einem schönen Tag im Oktober habe ich Fotos im Abstand von 30 Minuten gemacht, der Himmel war nur durch leichte Schleierwolken bedeckt. Um den Schattenverlauf besser sehen zu können, habe ich diesen gelb eingefärbt.

Erstes Foto: Uhrzeit 8:30 Uhr

Wie man sieht, ist fast das gesamte Dach noch im Schatten. Der Solarlog zeigt deutlich, dass an den zwei Strings, die hier beobachtet werde sollen, kaum Leistung ansteht. Zur Verdeutlichung hier mal der Stringplan. Die rote Linie entspricht dem Strang 4, also "Dach oben", die grüne Linie zeigt den Strang 1, also den Carport.

Zwar ist das Dach oben bereits fast schattenfrei, die Sonne steht aber noch so tief, dass kaum eingespeist wird. Um 9:00 Uhr sieht die Sache schon ganz anders aus:

Zweites Foto: Uhrzeit 9:00 Uhr

Der Strang 4 erhöht geradezu schlagartig die Leistung und ist ab diesem Zeitpunkt nicht mehr belastet, sieht man einmal von den paar Schleierwolken am Himmel ab. Strang 1 ist weiterhin fast vollständig im Schatten, bis auf das eine Modul, welches oberhalb angeschlossen ist.

Drittes Foto: Uhrzeit 9:30 Uhr

Der Schatten, der durch die Äste des Baumes nicht scharf und hart verläuft, befindet sich auf ca. der Hälfte der Module vom Carportstrang. Im Solarlog kann man erkennen, dass auch die Leistung gegenüber Strang 4 in etwa um 50% zurückliegt.

Viertes Foto: Uhrzeit 10:00 Uhr

Ungefähr 4-5 von 13 Modulen sind noch verschattet, das ist etwa 1/3 des Stranges. Der Solarlog zeigt exakt das gleiche Ergebnis. Der Strang ohne Schattenbildung hat etwa eine Leistung von 1.300 Watt, der Carportstrang ca. 900 Watt, also 1/3 weniger.

Fünftes Foto: Uhrzeit 10:30 Uhr

Ein letztes Modul ist übrig. Diesmal ist der Unterschied etwas größer. Ca. 1.600 Watt zu 1.400 Watt entspricht etwa 12,5% Leistungsunterschied während nur 1 Modul von 13 = 8% verschattet ist. Ab 11:00 Uhr laufen die Strings dann für den Rest des Tages exakt übereinstimmend.

Fazit

Die Bypassdioden, die in den Aleo-Modulen verbaut sind arbeiten tadellos. Die Einspeiseleistung verringert sich nur in dem Maße, wie auch Module verschattet sind. Würden die Dioden nicht vernünftig arbeiten, würde die Leistung des gesamten Stranges zusammenbrechen, selbst wenn nur wenige der Module tatsächlich verschattet wären.

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Photovoltaik

Kombination von Nachtspeicherheizung und Solaranlage

Ist eine Solaranlage bei Nachtstromspeicherheizung möglich und sinnvoll bei ca. 10.000 KWh Stromverbrauch?
Antwort eines Haus&Co Experten

Ja, das kann eine sinnvolle Kombination sein - besonders, wenn Sie bei der Elektroheizung bleiben wollen. Sie benötigen auf jeden Fall einen Solarstromspeicher - da Sie den Strom dann tagsüber erzeugen, wenn die Nachtspeicherheizung gerade nicht vorheizt. Generell ist der Eigenverbrauch - dank sinkender Einspeisevergütung - stark in den Fokus gerückt. Da Solarstromspeicher auch aktuell noch von der KfW gefördert werden, würde ich da auf jeden Fall einmal ein Angebot anfragen.

Sie können sich das hier einmal kalkulieren (da ich keine Angaben zur verfügbaren Dachfläche habe): https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/kosten

Einphasiger oder dreiphasiger Wechselrichter? Welche Vor- und Nachteile gibt es? Was passt du meiner Anlage?

"Einphasiger-", oder "Dreiphasiger-Wechselrichter"? Klar ist die Berechnung der Einspeisung mittels einem saldierendem Zähler gewährleistet. Aber wie verhält es sich mit der Auslastung der Phasen? Eine einphasige Einspeisung bei eine dreiphasigen Verteilung (Ph1: Keller, Ph2: Erdgeschoss, Ph3: Obergeschoss. Da die Einspeisung nur auf die Phase "Obergeschoss" mit wenigen Verbrauchern angeschlossen ist? Habe ich noch einen Vorteil, da die weiteren Phasen ja nicht von der PV-Anlage bedient werden. Einspeisevergütung (nur 12,4): Ja, aber ich will maximalen Eigennutz bei 24,8 ct/kwh.
Antwort von Elektrotechnik Tim Frischling

Es ist nur eine maximale Schieflast von 4,6kW zu gewährleisten.
Wo die PV-Anlage angschlossen ist, ist "relativ egal", da, wie bereits richtig erwähnt die Zähler saldieren.

Auf den gemessenen Eigenverbrauch hat dies keine Auswirkung.

Photovoltaik Freiflächenanlage: Kosten, Förderung und Rentabilität?

Als Erbengemeinschaft von 3 Geschwistern besitzen wir in der Gemarkung Hösbach eine ebene Fläche Agrarland von 10 700 Quadratmetern mit einer erweiterbaren Fläche von weiteren 5 000 Quadratmetern Ackerland unmittelbar parallel im direkten Anschluss. Diese zusätzlichen 5 000 Quadratmeter sind im Besitz von zwei unserer Cousinen. Auf unserem Gelände befindet sich auch ein Hochspannungsmast . Derzeit werden die Grundstücke aufgefüllt mit Erdaushub (fast beendet) bedingt durch vorherigen Kalkabbau. Sowohl die Erbengemeinschaft als auch unsere Cousinen ( zusammen dann als Interessengemeinschaft), sind interessiert an einem Angebot für eine Photovoltaikanlage auf dieser Freifläche von insgesamt 1, 5 Hektar Land . Meine Fragen sind : 1) Was sind die Investitionskosten für eine solche Anlage ? 2) Welche Fördermittel (falls zutreffend) gibt es möglicherweise für solche Projekte. 3) Was wäre die Rentabilität und die Dauer für das Amortisieren einer solchen Investition? Für eine Antwort und Kontaktaufnahme wäre ich Ihnen dankbar. Mit freundlichen Grüßen Peter Hufgard
Antwort von PV Montagen G. Vijayakumar

Es werden mehr Daten Benötigt, daß ist das erste. Denn es steht zum Beispiel die Frage im Raum ob das Erdreich welches grad aufgefüllt wird auch verdichtet wird. Und wie sehr es verdichtet wird. Und nun zur Puntuellen Beantwortung Ihrer Fragen.

1) Die Investitionskosten für solch eine Anlage müssen vorab (nach Inaugenscheinnahme des Geländes sowie Geologisches Gutachten (z.B) erst Berechnet werden wenn mehr Details vorliegen würden.

2) Fördermittel gibt es von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in dem Maße das es sich, so gesehen um Geldtauscherei handelt.

3) Die Rentabilität einer Anlage von dieser Größe steht ausser Frage. Denn die Energiepreise werden nicht sinken von Jahr zu Jahr sondern eher wird das Gegenteil der Fall sein. Unter Bezugnahme auf das Vorgenannte ergibt sich auch keine Haltbare Aussage über die Dauer der Amortisierung der Anlage.

Nun konnte ich Ihnen leider nicht wirklich weiterhelfen, stelle es Ihnen jedoch anheim mich zu Kontaktieren. Denn die Thematik einer solchen Anlage ist komplexer als das es sich darstellt. Eine reine Angabe der Verfügbaren Fläche ist Dahingehend nicht wirklich Ausreichend.

Viele Grüße

Holger Gerhardt

Neuer Zählerschrank bei Installation einer Photovoltaikanlage?

Liebe Experten, ich denke darüber nach mir eine PV-Anlage aufs Dach zu setzen. Ein Bekannter meinte aber, dass ich dazu auch einen neuen Zählerschrank installieren lassen müsste und, dass das teuer würde. Stimmt das? Muss ein neuer Zählerschrank installiert werden? Und wenn ja was kostet das?
Antwort von Arnold Dach und Solar GmbH

Es muss nicht generell ein neuer Zählerschrank installiert werden.
Nur wenn der vorhandene Zählerschrank nicht mehr den aktuellen Richtlinien entspricht, oder wenn keine neue Messeinrichtung (z.Bsp. digitaler Stromzähler) mehr eingebaut werden kann, weil eine fachgerechte Nachrüstung (z.Bsp. Zählertafel) nicht mehr möglich ist.
Genaue Auskunft kann man beim zuständigen Netzbetreiber erfragen.

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung an einen Wechselrichter anschließen?

Kann ich zwei Strings mit verschiedener Anzahl von Modulen und unterschiedlicher Dachausrichtung (einmal Süd und einmal Ost) an einen Wechselrichter, kein Multiwechselrichter anschließen?
Antwort von MICO-Energieberatung

Wenn Sie einen Wechselrichter mit zwei MPP-Trackern haben, ist das kein Problem.
Der Maximum Power Point (MPP) eines Solarmoduls beziehungsweise eines Strings ist der Punkt der Strom-Spannungs-Kennlinie, an dem das Solarmodul die höchste Leistung erbringt. Der MPP-Tracker hat nun die Aufgabe, den Maximum Power Point zu ermitteln, da dieser von der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und individuellen Moduleigenschaften abhängig ist und sich somit ständig ändert.
Ich hoffe, ich konnte Ihnen damit helfen, sonst melden Sie sich einfach.

Smart Grid ready Funktion: Was bedeutet das?

Kann mir hier jemand den Begriff "Smart Grid ready Funktion" für die Speicherung von Energie mit intelligenter Steuerung erklären? Vielen Dank für die Hilfe!
Antwort eines Haus&Co Experten

Smart Grid-Geräte eröffnen interessante Vernetzungsmöglichkeiten. Beispielsweise können Smart Grid-fähige Wärmepumpen über eine Schnittstelle auf einen Überschuss an Solarstrom reagieren. Stromnetzbetreiber können über die integrierte Smart Grid-Schnittstelle den Stromspeicher direkt ansteuern und die Stromnetze stabilisieren und entlasten. Mit einem solchen Schwärmenetz können Erzeugung und Verbrauch noch weiter entkoppelt werden: Überschüsse, die im Sommer erzeugt werden, können im Winter genutzt werden. Dazu finden Sie auch Infos hier: https://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/stromspeicher

Lohnt sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses?

Ich interessiere mich für die Inbetriebnahme einer eigenen Solaranlage. Nun frage ich mich aber, ob sich eine PV-Anlage bei Ost-West-Ausrichtung des Hauses überhaupt lohnt? (Satteldach, ca. 45°)
Antwort von ELEKTRO-HAUSMANN

Hallo,

kann ich nur empfehlen. Wir erhöhen damit die Sonnenstunden für die PV-Anlage und können
damit den Eigenverbrauch, über den sich die PV-Anlage zuerst rechnet optimieren. Gleichzeitig
können wir mit der 70% Regel zusätzliche Kosten für einen Rundsteuerempfänger sparen.
Deshalb Ost-West.

Gruß
G.Hausmann

Muss ich meinen selbst erzeugten und verbrauchten Strom versteuern?

Ich habe im Febr. 2016 eine Photovoltaikanlage (7,1 Kwp) mit Speicher installiert. Von der Kleinunternehmerregelung habe ich keinen Gebrauch gemacht, also die gezahlte Mwst. rückerstattet bekommen und monatlich eine Umsatzsteuervoranmeldung gemacht. Muss ich nun den selbst verbrauchten Strom versteuern und wenn ja, zu welchem Kw/h-Preis?
Antwort von Greentec-Solar GmbH

Hallo,

Eigenverbrauch ermitteln und mit dem Stromtarif der aktuellen Stromrechnung multiplizieren.
Aus diesem Betrag den Anteil der MwSt ermitteln und bei der Umsatzsteuererklärung anzeigen.
Den Netto-Betrag aus dem
Eigenverbrauch als Einnahme der PV-Anlage bei der Gewinn-Verlustrechnung einbeziehen
und den Gewinn aus der PV-Anlage bei der Einkommensteuererklärung angeben.

das nur als grobe Aussage, genaues sagt der Steuerberater oder das Finanzamt.
Alle Angaben nach besten Wissen, ohne Gewähr.

Hoher Stromverbrauch trotz PV und Einspeisung: Wo liegt die Ursache?

Wir haben ein Einfamilienhaus mit 4 Personen. Nach unseren Zählern verbrauchen wir 5000kWh/Jahr Strombezug aus Netz, wir speisen ca. 6000-7000kWh ein und haben laut Ertragszähler ca. 9500-10000kWh Gesamt PV Ertrag. Nach dieser Rechnung hätten wir einen Gesamt-Stromverbrauch von fast 8000 kWh/Jahr. Ich kann das fast nicht glauben. Es sind jedoch seit unserem Einzug seit 3 Jahren die ungefähr gleichen Messwerte. Wo liegt hier das Problem? Wir hatten auch davor in unserer Wohnung nie einen solch hohen Wert. Ich vermute mittlerweile, dass es ein Problem mit den Zählern ist? Wir haben einen kombinierten Zähler für Bezug/Einspeisung der Netze mit wechselnder Anzeige (elektronisch). Der PV Zähler sitzt auch im Kasten, ist aber separat.
Antwort von Ingenieurbüro Energieexperten-Südwest

Ich vermute mal, dass Sie schlicht und ergreifend große Stromverbraucher haben. Da müssen Sie schon auf die Suche gehen. Was ist anders als in der früheren Wohnung? Zusätzliche Geräte? Gefriertruhe? Computer im Dauerlauf?
Wie wird das Haus denn eigentlich beheizt (Wärmepumpe mit el. Heizstab?) und wie wird warmes Wasser erzeugt?

Solaranlage bei Ost-West-Dach sinnvoll?

Mein Hausdach hat eine Ost-West Ausrichtung. Lohnt sich da eine Solaranlage? Außerdem läuft der Länge nach eine Stromleitung übers Dach, die stören könnte.
Antwort von Teck Solar E.k

Für die Nutzung PV-Anlage für Eigenbedarf finde ich Ost-West Dächer sogar besser, da man auf den ganzen Tag verteilt kontinuierlicherer Stromerzeugung hat. Es gibt keine Spitzen in der Mittagszeit, dafür aber Früh und Abend bessere Ausbeutung. Bezüglich Stromleitung: man kann die Erträge optimieren wenn man SolarEdge Wechselrichter und Optimierer einsetzt. In dem Fall arbeiten nur die Module schlechter die wirklich vom Schatten getroffen sind.

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