Warum Selbst Teilverschattung Schlecht Für Solarstromanlagen Ist

Sonnenkollektoren funktionieren am besten, wenn kein Schatten auf sie fällt. Tatsächlich kann ein Schatten, der auch nur auf einen Teil eines Solarmoduls Ihrer Solaranlage fällt, möglicherweise die Leistung des gesamten Systems beeinträchtigen. Welche Strategien gibt es für den Umgang mit potenzieller Verschattung von Solaranlagen?

Warum hat Verschattung einen so dramatischen Einfluss auf die Energieproduktion?

In den meisten Fällen bestehen Photovoltaikanlagen (PV) für Privathaushalte und Unternehmen aus Solarmodulen (deren Gesamtheit als „Array“ bezeichnet wird) und einem Wechselrichter. Die Solarmodule fangen das Sonnenlicht ein und wandeln es in Gleichstrom (Gleichstrom) um, und der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom wiederum in netz- und gerätekompatiblen Wechselstrom (AC) um.

Die meisten kleinen Solarsysteme für Privathaushalte und kleine Unternehmen umfassen zwischen 6 und etwa 30 Panels, obwohl die „Größe“ eines Systems normalerweise durch seine Kapazität (in Kilowatt – z. B. 5 kW) angegeben wird. Aus technischen Gründen im Zusammenhang mit den Spannungsanforderungen des Wechselrichters des Systems werden Solaranlagen normalerweise in „Stränge“ von Solarmodulen unterteilt. Kleine Systeme verfügen möglicherweise nur über eine Saite, während große Systeme über viel mehr verfügen könnten. Eine Saite könnte aus einem einzelnen Panel bestehen, normalerweise sind es aber mehr.

Man kann sich eine Reihe von Paneelen wie ein Stück Rohr vorstellen, und die Solarenergie ist wie Wasser, das durch dieses Rohr fließt. Bei herkömmlichen Solarmodulsträngen ist der Schatten etwas, das den Fluss blockiert. Wenn beispielsweise der Schatten eines Baumes oder eines Schornsteins auch nur auf eines der Paneele im Strang fällt, wird die Leistung des gesamten Strangs praktisch auf Null reduziert, solange der Schatten dort liegt. Wenn jedoch ein separater, nicht verschatteter Strang vorhanden ist, wird dieser Strang weiterhin wie gewohnt Strom produzieren.

Im Extremfall muss ein Schatten nicht unbedingt auf ein ganzes Modul fallen – abhängig von der im jeweiligen Solarmodul verwendeten Technologie kann bereits die Verschattung nur einer Zelle die Leistung des Moduls und damit des gesamten Strings abflachen lassen. Viele moderne Panels sind jedoch mit sogenannten Bypass-Dioden ausgestattet, die die Auswirkungen einer Teilverschattung minimieren, indem sie im Wesentlichen ermöglichen, dass Strom um die verschattete Zelle oder Zellen „umfließt“.

Strategien und Technologien zum Umgang mit verschatteten Solarmodulen

Allerdings kann die Leistung und damit der Return on Investment (ROI) einer Solarstromanlage durch Verschattung stark beeinträchtigt werden – insbesondere durch Verschattung, die regelmäßig auftritt, weil ein Objekt jeden Tag zur gleichen Zeit, wenn die Sonne am Himmel scheint, einen Schatten wirft – Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Auswirkungen zu vermeiden oder abzumildern.

Platzieren Sie Ihr Solarpanel-Array dort, wo es keine regelmäßige Verschattung gibt

Dies ist der erste und offensichtlichste Schritt, um sicherzustellen, dass Ihr System nicht unter den Folgen einer Teilverschattung leidet. Es ist äußerst wichtig, alle Tageszeiten und Jahreszeiten zu berücksichtigen, wenn Sie herausfinden möchten, ob ein Objekt in der Nähe möglicherweise einen Schatten auf Ihr Dach wirft. Mithilfe verschiedener Kartierungstools sollte ein Solaranlageninstallateur in der Lage sein, Ihnen zu sagen, ob die Verschattung ein Problem darstellt.

Ein Beispiel für einen Baum, der hoch genug gewachsen ist, um eine beträchtliche Menge Schatten auf die Solaranlage eines nahegelegenen Daches zu werfen – eine Situation, die Besitzer von Solaranlagen vermeiden sollten.

Besitzer von Solaranlagen sollten außerdem darauf achten, dass sich in der Nähe keine Bäume befinden, die hoch genug werden könnten, um letztendlich zu Verschattungsproblemen zu führen. Die Lebensdauer des Sonnensystems wird üblicherweise auf über 25 Jahre geschätzt, wobei Bäume in dieser Zeit ausreichend Zeit zum Wachsen haben.

Wolken sind eine weitere Quelle potenzieller Verschattung. Auch tagsüber ziehende Wolken können zu Schwankungen in der Anlagenleistung führen, diese sind jedoch grundsätzlich unvermeidbar. Solarzellen aus amorphem Silizium sollen besser mit der Verschattung zurechtkommen als Solarmodule aus kristallinem Silizium, aber im Allgemeinen sind kristalline Module aufgrund des relativ geringen Gesamtwirkungsgrads amorpher Module im Allgemeinen die bessere Wahl.

Es gibt einige andere Technologien in der Entwicklung, die möglicherweise auch bei schlechtem Wetter einen hohen Wirkungsgrad bieten, wie etwa „superschwarze“ Solarzellen, aber die meisten davon sind entweder noch teuer oder noch nicht kommerziell erhältlich.

Verwenden Sie einen String-Wechselrichter mit MPP-Tracking-Funktion

Maximum Power Point Tracking (MPP-Tracking oder MPPT) ist eine Technologie, die heute in den meisten hochwertigen Wechselrichtern Standard ist. Ein Wechselrichter, der mit einem MPP-Tracker (oder mehreren davon) ausgestattet ist, ist in der Lage, die größtmögliche nutzbare Energie aus einer Reihe von Solarmodulen herauszuholen (auch bei Verschattung), indem er die Spannung immer an den bevorzugten Eingangsbereich des Wechselrichters anpasst. Kurz gesagt: Ein MPP-Tracker trägt dazu bei, Leistungsverluste zu minimieren, die mit teilweiser Verschattung und anderen nicht übereinstimmenden Panel-Leistungen einhergehen. Wechselrichter ohne MPPT-Fähigkeit verlieren einfach die Leistung des schwächeren Strings, sobald dieser den erforderlichen Leistungsschwellenwert unterschreitet.

MPPT und Verschattung in einer mehrsträngigen Solarstromanlage

Ein Beispiel für Teilverschattung in einem herkömmlichen Multi-String-Wechselrichtersystem (Bildnachweis: pvsolarchina.com)

Holen Sie sich ein System mit Mikrowechselrichtern oder Leistungsoptimierern

Wenn die Verschattung auf Ihrem Dach nicht groß ist („Near Shading“), dann könnten Mikro-Wechselrichter oder Leistungsoptimierer die richtige Option für Sie sein. Diese Geräte umgehen das Problem der teilweisen Verschattung, indem sie die Notwendigkeit oder Bedeutung von Schnüren von vornherein beseitigen. Sowohl Mikro-Wechselrichter als auch Leistungsoptimierer ermöglichen im Wesentlichen den unabhängigen Betrieb jedes Solarmoduls in einem System, sodass die Energieproduktion des Gesamtsystems nicht unverhältnismäßig durch nur ein oder zwei verschattete Module beeinträchtigt wird. (Zu sehen: Eine neuere Technologie von Maxim, die in einer Reihe von JinkoSolar-Modulen zum Einsatz kommt, verspricht einen noch detaillierteren Schattenschutz als herkömmliche Mikro-Wechselrichter oder Leistungsoptimierer.)

Der größte Nachteil dieser Technologien besteht darin, dass sie tendenziell etwas teurer sind als ein System mit einem Standardsystem mit zentralem String-Wechselrichter, sodass Sie in Fällen, in denen Verschattung kein Problem darstellt, nicht viel Geld dafür ausgeben müssen.

Enecsys Mikro-Wechselrichter: Problem und Lösung

Eine Abbildung, die zeigt, wie Mikro-Wechselrichter/Leistungsoptimierer zur Lösung des Problems der teilweisen Verschattung von Solarmodulen beitragen können (über den inzwischen nicht mehr existierenden Mikro-Wechselrichter-Hersteller Enecsys).