Verschattungen von PV-Anlagen: So optimieren Sie den Ertrag

Umliegende Gebäude oder Bäume, Verschmutzungen, selbst einzelne Blätter können zu teilweisen Verschattungen von Solarmodulen führen. Solche Verschattungen wirken sich negativ auf den möglichen Ertrag von Photovoltaikanlagen aus, wobei die Ertragseinbußen oft unterschätzt werden.

Es ist wichtig, Verschattungen bei PV-Anlagen von einer lediglich verminderten Sonneneinstrahlung zu unterscheiden – zum Beispiel bei bewölktem Himmel oder wenn kein direktes Sonnenlicht auf die Solarmodule fällt. In letzterem Fall handelt es sich um diffuse Sonneneinstrahlung. Diese bedingt zwar ebenfalls einen geringeren Ertrag, aber nur so lange, bis sich die Lichtverhältnisse wieder ändern. An einem wechselhaften Tag mit teilweiser Bewölkung kann das also oft geschehen. Anders sieht es bei Verschattungen aus, die oft langfristige Auswirkungen haben.

Solarmodule bestehen aus zahlreichen kleinen Solarzellen. Wenige verschattete Solarzellen können bereits zu großen Leistungsverlusten führen. Denn der Ertragsverlust fällt höher aus, als das Verhältnis von verschatteten zu nicht verschatteten Solarzellen vermuten lässt. Das liegt daran, dass Solarzellen innerhalb eines Solarmoduls in Reihe geschaltet sind, sodass die verschatteten Zellen aufgrund eines hohen Widerstandes den Stromfluss auch durch andere Teile des Moduls verringern. 

Im schlimmsten Fall kann die Verschattung auch zu einer Überhitzung einzelner Solarzellen führen, wodurch das Modul beschädigt wird. Allerdings wird diese Gefahr heutzutage standardmäßig mithilfe sogenannter Bypass-Dioden gebannt. Diese bewirken, dass nichtaktive Solarzellen mit hohem Widerstand überbrückt  werden und ein höherer Strom fließen kann. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von “gegen Verschattung resistenten“ Solarmodulen. Bypass-Dioden sind dafür konzipiert, die Leistungsverluste bei vorübergehenden Verschattungen gering zu halten und die Überhitzung einzelner Zellen zu verhindern. Sie sind jedoch nicht dafür geeignet, dauerhafte Verschattungen auszugleichen.

Hinzu kommt: Wenn die Leistung eines Solarmoduls aufgrund von Verschattungen abnimmt, ist in der Regel der gesamte Strang an Solarmodulen davon betroffen. Wie bei den Solarzellen sind nämlich auch die Solarmodule üblicherweise in Reihe geschaltet. Somit können selbst kleine dauerhafte Photovoltaik-Verschattungen die Leistung der gesamten PV-Anlage spürbar beeinträchtigen.

Mögliche PV-Verschattungen sollten bereits bei der Planung berücksichtigt werden. Standortbedingte Verschattungen bei PV-Anlagen sind dabei noch relativ einfach zu erkennen: Umliegende Gebäude – etwa das Nachbarhaus, Bäume in der Nähe des Hauses oder auch nahe gelegene Berge können je nach Tages- und Jahreszeit zu Verschattungen führen.

Verschattungen können aber auch durch kleine Objekte ausgelöst werden, die zunächst gar nicht ins Auge fallen. Schornsteine oder Satellitenschüsseln, Gauben oder andere Besonderheiten der Dachform können ebenfalls zu Leistungsverlusten führen, auch wenn sich durch den Lauf der Sonne Größe und Form der Verschattung permanent ändern. Strommasten, Stromleitungen und Blitzableiter sowie Zäune, Hecken oder Straßenlaternen können den Ertrag ebenfalls beeinträchtigen. Sie verschatten möglicherweise nur einzelne Solarzellen, die Auswirkungen potenzieren sich jedoch.

Das Gegenstück zu solchen dauerhaften PV-Verschattungen sind kurzzeitige oder witterungsbedingte Abdeckungen. Insbesondere in der Nähe von landwirtschaftlichen Gebieten kann sich vermehrt Schmutz auf den Solarmodulen absetzen. Auch Laub, Schnee oder Vogelkot verursachen Leistungsverluste, weil Module nicht mehr vollständig und gleichmäßig von der Sonne beschienen werden. Solarmodule, die mit einem bestimmten Neigungswinkel installiert werden, sind in der Regel selbstreinigend, sodass solche Verluste nur vorübergehend sind. Im Bedarfsfall schafft eine zusätzliche Photovoltaik-Reinigung Abhilfe.

Eine Besonderheit tritt bei Flachdach-Photovoltaik oder bei Freiflächenanlagen auf. Hier ist zu verhindern, dass die Solarmodule sich gegenseitig verschatten. Dazu müssen entsprechend große Abstände zwischen den Modulen eingehalten werden. Auch mithilfe des Neigungswinkels lässt sich hier Einfluss nehmen. Je steiler der Winkel, desto größer ist die Gefahr von Verschattungen.

Photovoltaik-Verschattungen für die Zukunft mitdenken 

Bei der Planung einer Photovoltaikanlage empfiehlt es sich, eine professionelle Verschattungsanalyse durchführen zu lassen. Solarteure berücksichtigen nicht nur aktuell bestehende Verschattungen der Solarmodule, sondern denken auch für die Zukunft mit: Bäume wachsen, auf Nachbargrundstücken kann es zu Baumaßnahmen kommen und im Winter steht die Sonne niedriger als im Sommer, wodurch Objekte längere Schatten werfen. All diese und weitere Punkte sollten bei der Planung bedacht werden.

Kommt es trotz sorgfältiger Planung zu einer Verschattung der Solarmodule, gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Ertrag der Photovoltaikanlage dennoch zu optimieren.

Sofern die Verschattungen durch Objekte auf dem eigenen Grundstück ausgelöst werden, können Anlagenbesitzer selbst Hand anlegen. Möglicherweise müssen Bäume gefällt, Antennen oder Blitzableiter versetzt werden. Schwieriger gestaltet sich dies, wenn sich die Objekte auf einem Nachbargrundstück befinden. Lässt sich keine gütliche Einigung erreichen oder können die Objekte nicht versetzt werden, bleibt die Möglichkeit, Veränderungen an der Anlage selbst vorzunehmen. Dazu gibt es unterschiedliche Möglichkeiten.

Mit Modulwechselrichtern arbeiten 

Mithilfe von Modulwechselrichtern (auch Mikrowechselrichter genannt) lassen sich Solarmodule separat ansteuern. Sie können etwa konstant verschattete Module und nicht verschattete Solarmodule in unterschiedlichen Strings zusammenfassen. Mittels MPP-Tracker werden die unterschiedlichen Strings oder auch einzelne Module so reguliert, dass die Anlage insgesamt die unter den gegebenen Bedingungen bestmögliche Leistung liefert.

Leistungsoptimierer einsetzen 

Sind die Verschattungen nicht konstant, sondern verändern sich im Laufe des Tages, bieten Leistungsoptimierer eine Möglichkeit, den Ertrag zu verbessern. Auch diese steuern einzelne Module an und verhindern so, dass aufgrund punktueller Verschattungen der gesamte String beeinträchtigt wird. Die verschatteten Solarmodule werden überbrückt, sodass ein höherer Strom fließen kann.

Dünnschicht-Solarmodule verwenden 

Eine weitere Option sind Dünnschicht-Solarmodule, die sich Verschattungen gegenüber als toleranter erwiesen haben. Allerdings liefern Dünnschicht-Solarmodule im Vergleich zu den gängigen Dickschicht-Solarmodulen aus kristallinen Solarzellen einen geringeren Ertrag. Somit sind sie für die Installation auf begrenzter Dachfläche in aller Regel nicht empfehlenswert.

Auf Solarmodule verzichten 

Zuletzt bleibt noch die Möglichkeit, in ganz oder teilweise verschatteten Bereichen auf Solarmodule zu verzichten. Dadurch kann die Dachfläche möglicherweise nicht voll belegt werden, jedoch fallen auch die Kosten für die Photovoltaikanlage geringer aus. Auf diese Weise kann sich die Anlage schneller amortisieren und insgesamt wirtschaftlicher arbeiten.

Je nach Standort ist es eventuell sinnvoll, Solarmodule anderweitig anzubringen, beispielsweise als Fassaden-Photovoltaik oder auf einem Solar-Carport.

PV-Verschattungen zu berechnen, ist für Laien nicht einfach. Für die Berechnung müssen viele verschiedene Aspekte berücksichtigt werden: der Standort der Anlage, alle umliegenden Verschattungsquellen jetzt und in der Zukunft sowie die unterschiedlichen Sonnenstände zu verschiedenen Tages- und Jahreszeiten.

Im Handel gibt es dennoch verschiedene Werkzeuge, um PV-Verschattungen zu berechnen. Ein Sonnenbahn-Indikator kann beispielsweise helfen. Dabei handelt es sich um ein Gerät, in das bedruckte Folien eingelegt werden. Ein Blick durch ein Okular zeigt dann mithilfe der Folien, wo und zu welchem Zeitpunkt Verschattungen auftreten könnten. Wichtig: Die Folien müssen für den jeweiligen Standort geeignet sein – so sind beispielsweise Folien für Deutschland ungefähr am 51. Breitengrad ausgerichtet, wobei bereits zwischen Nord- und Süddeutschland Unterschiede bestehen.

Außerdem gibt es mittlerweile auch tragbare elektronische Geräte, mit denen sich mögliche Verschattungen von PV-Anlagen bestimmen lassen. Ergänzt werden diese durch Software, die die PV-Verschattungen exakt berechnet. 

Letztendlich erfordern aber auch solche Programme eine umfassende Einarbeitung und vor allem ein Verständnis für die komplexe Problematik der Verschattung. Es empfiehlt sich daher, bei der Planung einer PV-Anlage stets einen erfahrenen Solarteur zu beauftragen.