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Abschattung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

26.05.2021

Letztes Update

26.04.2022

 

Definition und Einflüsse der Abschattung auf Photovoltaikanlagen

Inhalt des Wiki-Artikel

Einfluss der Abschattung auf Photovoltaikanlagen

Mit Abschattung ist im Zusammenhang mit Photovoltaikanlagen ein unerwünschter Schattenwurf auf die Solarmodule gemeint. Beispielsweise werfen Schornsteine, Antennen, Dachgauben, Satellitenschüsseln, Antennen, Stromleitungen, benachbarte Gebäude, Bäume und Sträucher Schatten, die sich auf die Leistung der Anlage auswirken können. Allein der Schatten einer Antenne kann die Leistung um bis zu 30 Prozent verringern. Aus diesem Grund sollten Abschattungen tunlichst vermieden werden. Deshalb ist es ratsam, den Schattenwurf solcher Objekte zu prüfen, bevor eine Photovoltaikanlage installiert wird. Dabei muss der Einfluss von Tages- und Jahreszeiten auf die Abschattung berücksichtigt werden.1

Leistungsminderung durch Abschattungseffekte

Im Hinblick auf die Lebensdauer einer Photovoltaikanlage hat die Abschattung eine enorme Bedeutung. Sind die Solarzellen der Anlage hintereinander geschaltet, fließt der Strom nicht mehr weiter, wenn eine Zelle im Schatten liegt. Infolgedessen kann es zu einem Hitzestau kommen, bei übermäßig hohen Temperaturen besteht sogar Brandgefahr. Moderne Solarmodule sind mit Bypassdioden ausgestattet, so dass der Strom an abgeschatteten Stellen vorbeifließen kann. Allerdings muss dazu ein gewisser Spannungsunterschied zwischen dem im Schatten liegenden und dem sonnenbeschienenen Teil des Moduls gegeben sein. Bis dieser erreicht ist, liefert die Photovoltaikanlage keine Leistung. Deshalb sollte auch bei modernen Anlagen darauf geachtet werden, dass so wenig Abschattungseffekte wie möglich auftreten.

In dem Zeitraum, in der sich kein Bypass einstellt, wird der Strom in die von der Abschattung betroffenen Solarzellen gedrängt und dort in Wärme umgewandelt. Es kann sogar vorkommen, dass überhaupt kein Bypass zustande kommt, wenn der Schatten, der auf die Anlage fällt, recht klein und scharf umgrenzt ist, und sich genau auf dieser Fläche keine Diode befindet. Solche scharf umgrenzten Schatten können zum Beispiel von Antennen oder Lüftungsrohren geworfen werden. In diesem Fall können die Solarzellen sich derart erhitzen, dass sie geschädigt werden.2

Abschattungen in der Praxis

Die Ursprünge der Photovoltaik reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. Alexandre Edmond Becquerel entdeckte 1839 den photovoltaischen Effekt, doch erst 1954 wurde die erste Solarzelle aus Silizium mit einem Wirkungsgrad von fünf Prozent von den Bell Laboratories entwickelt. Vor allem in der Raumfahrt spielte die Photovoltaik daraufhin eine Rolle, bessere Wirkungsgrade wurden erreicht und die Kosten sanken. Nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl hielt die Technik auch in anderen Bereichen Einzug, allerdings war sie immer noch recht teuer. Eine Verringerung der Preise ließe sich jedoch durch die Großserienfertigung und moderne Dünnschichttechnologien erzielen.

Dem Abschattungseffekt wurde anfangs nur wenig Bedeutung zuerkannt, es wurde lediglich empfohlen, abgeschattete oder teilabgeschattete Plätze bei der Installation von Photovoltaikanlagen zu vermeiden. In der Praxis ist dies aber nur selten zu verwirklichen. Durch Teilabschattungen waren mehr als 50 Prozent der installierten Anlagen von Leistungseinbußen betroffen, die bis zu zehn Prozent der Gesamtleistung ausmachten. Durch die Reduzierung von Abschattungsverlusten könnte das Potenzial von Photovoltaikanlagen besser ausgeschöpft werden. Abschattungen können in drei Kategorien eingeteilt werden:

  • Unvermeidbare zufällige Abschattung
  • Unvermeidbare standortbedingte Abschattung
  • Vermeidbare standortbedingte Abschattung

Unvermeidbare zufällige Abschattungen

Laub, Vogelkot, liegengebliebener Schnee und andere Verschmutzungen zählen zu den unvermeidbaren zufälligen Abschattungen. Diese Art der Abschattung ist in gewissem Sinne auch standortabhängig, zum Beispiel gibt es in München viel mehr Tage mit geschlossener Schneedecke als in Essen. Schnee taut allerdings verhältnismäßig schnell auf Photovoltaikanlagen ab und rutscht durch deren Neigung nach unten. Die Solarzellen, die daraufhin wieder freigelegt sind, erzeugen wieder Strom, der die abgeschatteten Zellen erwärmt, so dass das Abtauen weiter beschleunigt wird. Abschattungen durch Laub treten hauptsächlich im Herbst auf. Zu berücksichtigen sind Anzahl und Höhe der Laubbäume in der Umgebung der Photovoltaikanlage. Je höher die Anlage installiert ist, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Abschattung durch Laub auftritt, doch kann dies selbst bei Hochhäusern noch vorkommen. Ist das Laub feucht, bleibt es an der Photovoltaikanlage haften. Da sich die abgeschattete Solarzelle erwärmt, trocknet es aber schnell und wird dann meist vom Wind davongetragen.

Welche Auswirkungen Verschmutzungen haben, kommt auf deren Art an. Lagern sich Schmutzpartikel aus der Luft auf Photovoltaikanlagen ab, so werden diese in der Regel durch Regen oder Schnee großteils wieder abgewaschen. Ein kleiner Teil bleibt jedoch haften, was die Leistung der Anlage beeinträchtigt. Deshalb sollten die Solarmodule von Zeit zu Zeit gereinigt werden, vor allem in regenarmen Ländern. Bei älteren Modulen stellt sich durch Umwelteinflüsse allerdings eine dauerhafte Trübung ein, die nicht mehr abgewaschen werden kann. Bei zufälligen Abschattungen durch Vogelkot können recht große Leistungsverluste auftreten, doch auch diese werden gewöhnlich wieder durch Niederschlag abgetragen.

Vermeidbare standortbedingte Abschattungen

Wird ein ungünstiger Standort für eine Photovoltaikanlage gewählt, treten vermeidbare standortbedingte Abschattungen auf. Oft ist es möglich, die Umgebung zu modifizieren oder einen günstigeren Standort zu wählen, um Schattenwurf zu vermeiden. Schon bei der Planung sollte deshalb eine Bewertung der standortbedingten Abschattungen erfolgen, teils reicht schon eine Verschiebung von wenigen Metern, um Leistungseinbußen zu verringern.

Unvermeidbare standortbedingte Abschattungen

Nach der Errichtung einer Photovoltaikanlage sind die Möglichkeiten, Abschattungen zu vermeiden, sehr eingeschränkt. Abhilfe kann noch bei Pflanzen oder kleineren Gegenständen wie einem Anemometer geschaffen werden, indem deren Standort geändert wird. Andere Abschattungen müssen aber meist hingenommen werden. Ist die Anlage noch in Planung und es sind Abschattungen zu erwarten, der Standort kann aber nicht geändert werden, dann sollten schattentolerante Systeme eingesetzt werden.3

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