Man sollte das Dach beobachten, wenn man herausfinden möchte, ob eine Photovoltaikanlage verschattet wird. So kann man zum Beispiel herausfinden, ob Bäume, andere Häuser, Berge oder Schornsteine die direkte Sonneneinstrahlung behindern. Man sollte die Beobachtung einen ganzen Tag durchführen, wenn ein umstehender Baum zu Anfang des Tages keinen Schatten wirft, dann kann dies am Nachmittag passieren. Die Photovoltaikanlage sollte mindestens 20 Jahre in Betrieb sein, zudem sollte man auch bedenken dass Bäume wachsen oder die Nachbarn das Haus ausbauen könnten – bevor man zur Tat schreitet, sollte man eventuelle Planungen mit den Nachbarn vorher abstimmen. Eine Teilabschattung kann zum Ausfall größerer Flächen führen.

Wichtigste Aspekte für eine verschattungsfreie Solaranlage

Man sollte eine Süddach- bzw. Solardachfläche als kompakte ununterbrochene Fläche planen, flache Profile sollte man zur Integration von Solarmodulen verwenden und eine Dachneigung von ca. 30 Grad wählen, möglichst aber keine 15 Grad, um eine geeignete Selbstreinigung von verschattendem Laub, Schnee, Schmutz und Vogelkot zu gewährleisten. Man sollte Solarfassaden von Vorsprüngen und Balkonen freihalten, danach die Verschattungssituation durch umliegenden Baumbestand und Gebäude begutachten und verschattungsfreie Flächen für die solare Stromerzeugung vorsehen, die Solarmodulreihen werden mit einem Abstand versehen, der sich aus einem 15 Grad hohen winterlichen Sonnenstand ergibt, wie die Faustregel besagt. Bei der Planung sollte man Schornsteine, Entlüftungsstützen auf der Norddachfläche unterbringen, ansonsten drohen spürbare Mindererträge. Von den erhobenen Abdeckprofilen von Dachflächenfenstern mit den Solarzellen sollte man mindestens den doppelten Abstand der Höhe halten (30 Grad Winkel). Man sollte für die Solarnutzung keine Dachgauben als Dachflächen einplanen, keine Baumpflanzungen vor Solarfassaden und Solardächern und man sollte die Konstruktionen für die Halterung von Solarmodulen so gestalten, dass sie keinen Schatten auf die Module werfen können, leider passiert dieser Fehler sehr häufig. Lässt sich die kurzfristige Verschattung der Anlage nicht vermeiden, sollte man mit dem Anlagenplaner oder Installateur sprechen, um die Planung und Konfiguration des Solarsystems so zu gestalten, dass der Schattenwurf nur einen geringen Schaden anrichtet und benachbarte Anlagenteile nicht in Mitleidenschaft geraten.

Wirkung des Schattens auf Solarzelle und Solarmodul

Solarmodule sind sehr verschattungsempfindlich, ganz im Gegensatz zu solarthermischen Anlagen, die nur an der beschatteten Kollektorfläche einen Minderertrag aufweisen, behindert die Verschattung den Stromfluss im Verbund des Solargenerators. Fällt ein Schlagschatten auf eine Solarzelle, so wird kein Solarstrom mehr produziert und verhält sich wie ein elektrischer Widerstand. Der Solarstrom der anderen mit dieser Zelle in Reihe geschalteten Zellen kann dann nicht mehr weiterfließen, sondern wird in der verschatteten Zelle in Wärme umgesetzt. Um diesen Effekt nur auf eine kleine Anzahl Zellen zu verringern, wird mindestens alle 20 Zellen eine Bypassdiode in Solarmodule mit kristallinen Solarzellen eingebaut. Normalerweise befinden sich die Bypassdioden in der Modulanschlussdose, für gesondert gefertigte Solarmodule zur Gebäudeintegration wurde eine spezielle Bypassdiode entwickelt, die mit in die Modulfläche einlaminiert werden kann. Das Modul wird auf diese Weise in einzelne Zellstrings eingeteilt, so dass bei Verschattung nur der betroffene Bereich und nicht das komplette Modul ausfällt. Um die Ertragsminderung von teilverschatteten Solarsystemen zu verhindern sollte man eine temporäre Teilverschattung von Solarsystemen nicht ausschließen, so kann man mit der elektrischen Anlagenkonzeption reagieren, damit die Ertragsminderung so gering wie nur möglich ausfällt.

Vermeidung von Solaranlagen mit zentralem Wechselrichter bei einer Teilabschattung

Im Falle einer Teilabschattung sind Anlagen mit zentralem Wechselrichter ungünstig, weil hier immer mehrere Solarmodulstränge gleichzeitig geschaltet werden, um zu verhindern, dass Rückströme in einen verschatteten Strang fließen, sollten alle Solarmodulstränge mit einer Strangdiode ausgestattet werden, deshalb werden zentrale Wechselrichter verwendet bei denen alle Anlagenteile die gleiche Besonnungssituation haben.

Aufteilung der Solaranlage in mehrere elektrische Einheiten

Man versucht das Solarsystem im Falle der Teilabschattung elektrisch in kleinere Einheiten zu gliedern, wofür sogenannte Stringwechselrichter am besten geeignet sind, die ab 700 Watt erhältlich sind, ca. 7 bis 15 Quadratmeter Modulfläche beziehen sich auf einen Wechselrichter. Man kann nun die Solarmodulfläche so aufbauen, dass der Schatten immer nur einen Teil der Solaranlage trifft.

Modulwechselrichter

Der Einsatz von Modulwechselrichtern ist die einfachste und kleinteiligste Möglichkeit auf Verschattungen zu reagieren, die bereits ab Leistungen von 80 Watt bezogen werden. Der Vorteil ist, dass nur der unmittelbare beschattete Fassadenbereich ausfällt, ohne dass andere Teile der Solaranlage in Mitleidenschaft gezogen werden. Der solare Fensterladen ist ein Beispiel für den Einsatz von Modulwechselrichtern, da das solare Bauteil für den Einsatz in Altbauten geeignet ist, die möglicherweise auch Erker oder Balkone haben, welche vorübergehend einzelne Fassadenteile verschatten, ist es als elektrisches System äußerst flexibel aufgebaut, um Verschattungseinwirkungen zu verringern. Modulwechselrichter kosten etwas mehr als andere Wechselrichter, es werden bereits von verschiedenen Herstellern Wechselstrommodule angeboten, die man auch projektspezifisch beispielsweise für Fassadenintegrationen erstellen kann.

Flachdächer für PV-Anlagen geeignet

Flachdächer sind auch für Photovoltaik-Anlagen geeignet, bei einer waagrechten Installation ist nur eine Minderung von 10 Prozent zu erwarten. Ost- und Westdächer werden mit relativ flacher Neigung mit Dünnschichtmodulen belegt, wobei diese Konstellation ideal ist, da die Module einen 50 bis 90 Prozent höheren Bedarf an Fläche haben, jedoch wesentlich billiger sind als kristalline Module. Häufig kann man eine nicht ganz ideale Ausrichtung mit der Kostenersparnis verknüpfen und auf diese Weise die Rendite verbessern. Man sollte beachten, dass man eine gewisse Mindestneigung der Module einhält, damit auch der Selbstreinigungseffekt klappt. In manchen Fällen geben die Hersteller auch eine bestimmte Grad Zahl für die geringste zulässige Neigung vor, die Modulabstände sind zueinander einzuhalten, damit eine Eigenverschattung der Module vermieden wird.

Verschattung bei einer Solaranlage

Verschattung oder Teilverschattung von Solarmodulen kann zu einer starken Einbußung bei der Stromgewinnung führen, bei kleinräumiger Teilverschattung sinkt die Stromgewinnung aller in Reihe geschalteten Solarmodulen. Verschattungen durch Bäume, Masten, Antennen, Schornsteine, bestehende Gebäude oder geplante Bauvorhaben haben einen großen Einfluss auf die Stromgewinnung, daher sollten im Vorfeld Aufstellungsort und Anordnung der Photovoltaikanlage genaustens geprüft werden, das Optimum frei Schatten ist ein Aufstellungsort beim tiefsten Sonnenstand am 21. Dezember der Wintersonnenwende. Wenn eine Zeile teil-abgeschattet ist, wird hier weniger Strom produziert, die Auswirkung auf den Solargenerator sind gleichbedeutend mit einer Abschattung aller in Reihe geschalteteter Zellen – dann nimmt über den gesamten Solargenerator die Leistung drastisch ab. Um auch teil-verschattete Bereiche zu nutzen, aber deren Einfluss auf die Gesamtanlage zu minimieren, werden diese als eigenständiger Modulstrang mit einem eigenen Wechselrichter ausgeführt.