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    Schattenverläufe erkennen und Leistungsverluste minimieren

    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.
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    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

    sonnenbahnindikator.jpgEine 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

    Wasserturm in MeßstettenDie 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.

    Google-Earth Abstand Wasserturm - PV-Anlage High-Light

    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:

    Auswirkung Schatten Wasserturm auf Solaranlage High-Light

    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.

    Auswirkungen Ahornbaum und Hecke auf Solaranlage High-LightAuf 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

    Schattenanalyse PV Anlage High-Light 8:30 Uhr Schattenanalyse Solarlog Fotovoltaikanlage High-Light 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.

    Stringbelegungsplan der Fotovoltaikanlage High-Light

    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

    Schattenanalyse Module High-Light 9:00 Uhr Schattenanalyse Solarlog Module High-Light 8:30 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

    Schattenanalyse Module - Anlage High-Light 9:30 Uhr Schattenanalyse Solarlog Module - Anlage High-Light 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

    Schattenanalyse Polykristalline Module High-Light 10:00 Uhr Schattenanalyse Solarlog Polykristalline Module High-Light 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

    Schattenanalyse Dachanlage High-Light 10:30 Uhr Schattenanalyse Solarlog Dachanlage High-Light 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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    Dieser Artikel wurde erstellt von: Christian Märtel, Redakteur www.Photovoltaik-Web.de