Trotz Verschattung die PV-Anlage effizient nutzen

Bei einer Verschattung der PV-Anlage liegen alle oder manche Solarmodule entweder zeitweise oder dauerhaft im Schatten. Gründe dafür können schattenwerfende Objekte wie Bäume, Gebäude, Dachvorsprünge, Antennen oder Verschmutzungen sein. Eine Verschattung oder Teilverschattung der Solaranlage kann zu Ertragsverlusten und sogar zu langfristigen Schäden an den Photovoltaik-Modulen führen. Unter Umständen liefert die Anlage bis zu 90 Prozent weniger Ertrag, als es unter optimalen Bedingungen der Fall wäre.

An bewölkten Tagen erreicht kein direktes Sonnenlicht die Solarmodule. Dabei sinkt zwar der Ertrag deiner Anlage, moderne Module können aber auch bei diffusem Licht zuverlässig Strom produzieren. Das ist auch der Grund, warum sich PV-Anlagen nicht nur bei perfekter Südausrichtung lohnen, sondern auch auf der Nordseite.

Bei einer Verschattung der PV-Anlage werden hingegen einzelne Module oder Zellbereiche durch ein Hindernis vollständig und langfristig blockiert. Dadurch kann dein Ertrag dauerhaft sinken; die Effizienz der kompletten Anlage wird negativ beeinflusst.

Es gibt permanente Verschattungen, zum Beispiel, wenn ein Nachbargebäude so groß ist oder so ungünstig steht, dass dein Dach einfach immer komplett im Schatten liegt. Daneben unterscheiden wir zwischen einer jahreszeitbedingten sowie einer wandernden Verschattung bei PV-Anlagen. 

Jahreszeitbedingte Verschattungsverluste werden durch die Änderung des Sonnenstands verursacht. Während die Sonne im Sommer deutlich höher steht, können im Winter durch den niedrigeren Stand ausgeprägtere Verschattungen auftreten. Wandernde Schatten sind hingegen tageszeitabhängig. Sie ändern sich aufgrund des veränderten Sonnenstands im Laufe des Tages. Mit einer Schattenanalyse findest du heraus, ob dein Dach im Tages- oder Jahresverlauf verschattet ist – dazu gleich noch mehr.

Das kann eine Verschattung hervorrufen:

• Standort: Angrenzende Gebäude, Bäume oder auch Berge können Schatten auf deine Photovoltaik-Anlage werfen. Sogar nahegelegene Strommasten, Stromleitungen oder Straßenlaternen beeinträchtigen mitunter den Ertrag deiner Solaranlage.

• Dachaufbauten: Schornsteine, Satellitenschüsseln oder Gauben sind häufige Gründe für eine Teilverschattung von Solarmodulen. Selbst scheinbar kleine Aufbauten wie Blitzableiter oder Antennen können Verschattungsverluste hervorrufen.

• Verschmutzung: In landwirtschaftlich geprägten Regionen kann ein erhöhter Schmutzeintrag eine Verschattung der Photovoltaik-Anlage begünstigen, sodass eine regelmäßige Reinigung notwendig ist. In urbanen Gebieten reicht der Neigungswinkel der Solarmodule in der Regel aus, sodass der Regen Staub und andere Verunreinigungen abspült und einer schmutzbedingten Teilverschattung entgegenwirkt.

Solarmodule bestehen aus vielen kleinen Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind. Das bedeutet: Der Strom fließt von einer Zelle zur nächsten, wie bei einer Kette. Wird nun eine einzige dieser Zellen verschattet, produziert sie weniger oder keinen Strom mehr. Das bremst die Stromstärke in der Reihe der Solarzellen aus und senkt somit auch die Leistung des gesamten Moduls.

Dieser Effekt setzt sich weiter fort, denn auch die einzelnen Solarmodule sind oft in Reihe geschaltet – eine Reihe nennt man „String“. Ist ein Modul innerhalb des Strings verschattet, sinkt die Stromerzeugung des gesamten Strings und der gesamten Anlage. 

Stell dir das wie bei einem Gartenschlauch vor: Bei einem Knick wird das Wasser gestaut, sodass es nicht mehr oder kaum noch fließen kann. So ist es auch bei Solarmodulen – an der verschatteten Stelle entsteht ein Widerstand, eine Art „Stromstau“. Diesen Stromstau nennt man Hotspot. Ein Hotspot führt nicht nur dazu, dass die Leistung deiner Anlage sinkt. Er kann deine Solaranlage langfristig beschädigen und zu Überhitzung oder im Extremfall sogar zu einem Brand führen.

Damit es nicht so weit kommt, verfügen moderne Solarmodule über sogenannte Bypass-Dioden. Sie überbrücken inaktive Solarzellen mit hohem Widerstand, sodass mehr Strom fließen kann. Bypass-Dioden tragen bei vorübergehenden, tageszeitabhängigen Verschattungen dazu bei, den Leistungsverlust gering zu halten. Eine dauerhafte Verschattung der PV-Anlage können die Dioden jedoch nicht ausgleichen.

Weitere technische Errungenschaften, die den Verschattungseffekt minimieren, sind Mikro-Wechselrichter und Leistungsoptimierer, doch dazu später mehr.

Es ist schwierig, konkrete Zahlen für den Leistungs- und damit auch den Ertragsverlust zu nennen – die Höhe des verlorenen Stroms hängt vom Verschattungsfaktor und der Dauer der Verschattung ab. Auch deine Technik spielt eine Rolle, wie du schon erfahren hast. Generell geht man davon aus, dass der Ertrag bei permanenter Verschattung um bis zu 90 Prozent geringer ausfallen kann.

An der Grafik siehst du beispielhaft, wie der Ertrag im Laufe eines Jahres ohne nennenswerte Verschattung aussehen kann.

Natürlich stellt sich dir jetzt die Frage: Lohnt sich eine PV-Anlage bei einer Verschattung überhaupt? Die Antwort darauf geben wir dir im nächsten Abschnitt.

Eine Verschattungsanalyse vor dem Bau deiner Solaranlage ist unumgänglich, um das Ausmaß der möglichen Ertragsverluste abschätzen zu können. Mit einem Sonnenbahnindikator kannst du zwar erste Anhaltspunkte in Eigenregie gewinnen, um eine professionelle Analyse durch geschultes Fachpersonal kommst du bei der Anlagenplanung aber nicht herum. Der Fachbetrieb überprüft die aktuelle Verschattung der PV-Anlage mit einem speziellen Rechner, meist einer softwarebasierten Lösung. Aber auch zukünftige Schattenquellen wie wachsende Bäume oder Baumaßnahmen auf Nachbargrundstücken müssen in die Planung einfließen. Immerhin soll deine PV-Anlage langfristig Strom erzeugen.

In stark verschatteten Bereichen des Dachs empfiehlt es sich, auf Solarmodule zu verzichten. Wenn keine andere Dachseite verfügbar ist, kann es sinnvoll sein, deine Anlage kleiner zu dimensionieren und „um den Schatten herum“ zu planen. So vermeidest du dauerhaft leistungsschwache Module, senkst deine Kosten und erhöhst die Wirtschaftlichkeit deiner Anlage. Dadurch amortisiert sie sich schneller. Wichtig ist dafür eine fundierte Verschattungsanalyse – und die bekommst du nur von einem Fachbetrieb.

Lassen sich schattenwerfende Objekte nahe der PV-Anlage nicht entfernen oder versetzen? Dann helfen einige technische Hilfsmittel bei der Minimierung von Verschattungen und der damit verbundenen Leistungsminderung deiner Photovoltaik-Anlage. Von den Bypass-Dioden, die alle modernen Solarmodule enthalten, hast du oben schon gelesen. Jetzt stellen wir dir noch Mikro-Wechselrichter und Leistungsoptimierer vor.

Unabhängig von einer Verschattung benötigt jede PV-Anlage einen Wechselrichter – er ist neben den Solarmodulen die wichtigste Komponente. Seine Aufgabe? PV-Anlagen produzieren Gleichstrom, unser Stromnetz funktioniert aber mit Wechselstrom. Der Wechselrichter wandelt den Solar-Gleichstrom in Wechselstrom um, damit du ihn für den Eigenverbrauch nutzen oder ins Netz einspeisen kannst.

Sind deine Solarmodule im String angeordnet, wird der gesamte Strom von einem zentralen String-Wechselrichter umgewandelt – man spricht hier von einer Reihenschaltung. Das Problem dabei: Ist nur ein Modul verschattet, sinkt die Leistung des gesamten Strings. Genau hier setzen Mikro-Wechselrichter an, wie 1KOMMA5° sie anbietet: Statt eines einzigen String-Wechselrichters wird jedes Modul mit einem eigenen Wechselrichter ausgestattet – die Module sind also in einer Parallelschaltung angeordnet.

Leistungsoptimierer erbringen dasselbe Ergebnis wie Mikro-Wechselrichter: Auch sie sorgen dafür, dass deine Module unabhängig voneinander arbeiten können. Dank der Optimierer kann deine PV-Anlage trotz Verschattung einzelner Module maximale Leistung erbringen. Einzig die Funktionsweise ist etwas anders, denn Optimierer werden zwischen den einzelnen Modulen und dem String-Wechselrichter angeschlossen – die Module bleiben also in Reihenschaltung.

Natürlich stellt sich nun die Frage: Wenn sowohl der Mikro-Wechselrichter als auch der Optimierer dasselbe Ergebnis erzielen – welcher von beiden ist für dich besser geeignet?

Mikro-Wechselrichter trennen die einzelnen Module komplett voneinander. Deswegen sind sie besonders geeignet bei komplexen Dächern oder unterschiedlichen Ausrichtungen. Die Nachteile: Die Anschaffung ist etwas teurer als ein Optimierer.

Moduloptimierer dagegen eignen sich, wenn nur ein bis zwei Module deiner Anlage von teilweiser Verschattung betroffen sind. Sie sind günstiger, deine Anlage bleibt aber vom String-Wechselrichter abhängig.

Dein Fachbetrieb kann einschätzen, welche Technik für dein individuelles Dach besser geeignet ist.

Die Wahl der richtigen Solarmodule spielt bei jeder PV-Anlage eine wichtige Rolle, bei einem verschatteten Dach ist sie aber besonders entscheidend. Denn wenn nur ein Teil deines Dachs belegt werden kann, sollte die verfügbare Dachfläche maximalen Stromertrag liefern. 

Deswegen ist es sinnvoll, auf Modultypenmit hohem Wirkungsgrad zu setzen. Je höher der Wirkungsgrad, desto mehr Strom kann ein Modul aus dem verfügbaren Licht produzieren. So kannst du deinen Ertrag und deinen Autarkiegradauch bei begrenztem Platz steigern.

Bevor du eine Photovoltaik-Anlage installieren lässt, solltest du eine Verschattungsanalyse durchführen lassen. Professionelle Solar-Fachbetriebe wie 1KOMMA5° übernehmen das bei der Planung, um den bestmöglichen Ertrag das ganze Jahr über zu gewährleisten. Dabei fließen Faktoren wie der Sonnenstand im Sommer und Winter sowie schattenwerfende Objekte ein, zum Beispiel Bäume, Schornsteine oder umliegende Häuser.

Tages- oder jahreszeitbedingte Verschattungen lassen sich bei Photovoltaik nicht gänzlich vermeiden. Doch Mikro-Wechselrichter und Leistungsoptimierer ermöglichen es, die Energieerzeugung deiner PV-Anlage bei anteiliger Verschattung so effizient wie möglich zu gestalten.

In ganz verschatteten Bereichen solltest du hingegen auf Solarmodule verzichten, da sie größere Ertragseinbußen mit sich bringen. Mit einer durchdachten Planung und der Berücksichtigung möglicher Verschattungen erzielst du für deine PV-Anlage die bestmögliche Leistung. So wirst du unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz und startest mit selbstproduziertem Strom in eine grünere Zukunft.