Funktionieren Solarmodule im Schatten effektiv?

Solarmodule sind häufig von verschiedenen Quellen beschattet, die saisonal und für jedes Haus individuell sein können. Die Art der Beschattung kann unterschiedlich sein und reicht von dynamischer Beschattung durch sich bewegende Wolken, Schnee, Vogelkot oder Staub bis hin zu statischer Beschattung durch Gebäude oder Bäume. Die Beschattung entsteht durch Umwelthindernisse, wobei dynamische Quellen vorübergehend und statische Quellen dauerhafter sind.

Trotzdem funktionieren Solarmodule auch im Schatten . Die meisten Solarmodule auf Dächern beginnen an klaren Tagen kurz nach Sonnenaufgang mit der Stromerzeugung. Aber beeinträchtigt Schatten die Effizienz der Stromerzeugung durch Solarmodule?

In diesem Artikel erläutern wir die Auswirkungen der Beschattung auf ihre Leistung und Effizienz und stellen vier flexible Lösungen zur Beschattung von Solarmodulen vor.

 

 

Was passiert, wenn ein Solarmodul im Solarfeld beschattet wird?

Solarmodule erzeugen Strom durch den Photovoltaikeffekt, der auftritt, wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche der Solarzellen im Modul trifft. Diese Solarzellen bestehen normalerweise aus Halbleitermaterialien wie Silizium, die Photonen aus dem Sonnenlicht absorbieren und Elektronen freisetzen. Dieser Elektronenfluss erzeugt einen elektrischen Strom, der als Elektrizität genutzt werden kann.

Das Prinzip von Solarmodulen besteht darin, dass sie in direktem Zusammenhang mit der Sonneneinstrahlung Strom erzeugen. Beschattung eines Solarmoduls verringert das Sonnenlicht, das die Zellen erreicht, und verringert folglich deren elektrische Leistung.

Solarmodule können in Reihe oder parallel geschaltet werden . Selbst bei identischen Lichtverhältnissen und Solaranlagenspezifikationen wirkt sich die Beschattung jedoch je nach Anschlussmethode unterschiedlich auf die Module aus .

 

Welchen Einfluss hat Schatten auf in Reihe geschaltete Solarmodule?

In den meisten Fällen werden Solarmodule in Reihe geschaltet. Solarmodule werden normalerweise in Reihe geschaltet, um die Spannung zu erhöhen, Stromverluste zu verringern und die Konstruktion und Installation des Wechselrichters zu vereinfachen.

Wenn der Installationsort jedoch beschattet ist, ist die Reihenschaltung von Solarmodulen nicht die beste Konfiguration. Wenn ein Modul beschattet ist, sinkt der Strom. Bei einer Reihenschaltung wird der Strom durch den niedrigsten Wert im String bestimmt.

Angenommen , drei 200-W-Solarmodule mit einer maximalen Spannung von 21 V und einem maximalen Strom von 9,52 A sind in Reihe geschaltet. Unter idealen Bedingungen erzeugt die Reihe eine Leistung von 600 W.

Wenn ein Solarmodul beschattet ist, kann der Strom auf 5 A fallen , während die Spannung unverändert bleibt. Die endgültige Leistung beträgt 315 W (5 A x 21 V x 3) und die Gesamteffizienz des Strings verringert sich um 48,5 % .

In diesem Fall kann die Installation von Bypassdioden das beschattete Solarmodul isolieren, den Strom umleiten und die leistungsschwachen Module „umgehen“, sodass sie das gesamte System nicht mehr beeinträchtigen. Dies führt jedoch immer noch zu einem Leistungsverlust der umgangenen Module. Im beschriebenen Szenario würde die Gesamtleistung der Kette 400 W betragen.

 

Welchen Einfluss hat Schatten auf parallel geschaltete Solarmodule?

Bei parallel geschalteten Solarmodulsystemen ist die Auswirkung der Beschattung relativ gering, da in Parallelschaltungen die Spannung konstant bleibt, während sich die Ströme addieren . Nehmen wir als Beispiel drei Module mit einer maximalen Spannung von 21 V und einem maximalen Strom von 9,52 A. Wenn sie parallel geschaltet sind, erzeugt das System im Idealfall eine Leistung von 600 W.

Wenn eines der Solarmodule beschattet ist und der Strom auf 5 Ampere reduziert wird, beträgt die Gesamtleistung des Solarmodulsystems etwa 505 W ((9,52 + 9,52 + 5) A x 21 V). Dies entspricht einer Verringerung der Stromerzeugungseffizienz um 16 % .

 

Wie effektiv sind Solarmodule im Schatten?

Als Faustregel gilt: Die Energieproduktion von Solarmodulen sinkt um etwa die Hälfte, wenn sie vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt sind.

Allerdings gibt es für die Effizienz von Solarmodulen im Schatten keinen genauen Wert, da sie von mehreren Faktoren beeinflusst wird. Selbst bei identischen Solarmodulspezifikationen und gleich großen Schattenflächen variiert die Auswirkung unter verschiedenen Bedingungen. Faktoren wie Lichtintensität, geografische Lage, Dachneigungswinkel und Ausrichtung spielen alle eine Rolle.

Trotzdem bedeutet Schatten nicht , dass Sie nicht von Solarmodulen für Ihr Haus profitieren können, wenn Ihr Dach tagsüber im Schatten liegt. Durch eine sorgfältige Planung oder den Einsatz bestimmter Technologien ist es möglich, Schattenprobleme zu überwinden.

 

Beschattungssysteme für Solarmodule

Die zuvor erwähnten Bypass-Dioden und parallelen Solarmodule können den durch Beschattung verursachten Rückgang der Stromerzeugungseffizienz etwas abmildern, sie sind jedoch nicht immer die beste Lösung.

Beispielsweise erfüllen parallele Strings möglicherweise nicht die Spannungsanforderungen , und Bypassdioden können den Leistungsbeitrag von beschatteten Solarmodulen nur auf Null reduzieren .

. Sie können die von den beschatteten Paneelen gesammelte Energie nicht maximieren, um die Verluste zu minimieren.

Über diese beiden Methoden hinaus werden wir drei Gerätetypen einführen, um die Stromerzeugungseffizienz von Solarpanelsystemen flexibler zu maximieren und sicherzustellen, dass im Schatten liegende Panels die Leistung anderer Panels im System nicht beeinträchtigen .

 

Lösung 1 – Mikro-Wechselrichter

Mikrowechselrichter eignen sich für die Bewältigung von Verschattungsproblemen, da sie Gleichstrom auf Panelebene in Wechselstrom umwandeln, sodass jedes Solarpanel unabhängig von den anderen im Array betrieben werden kann. Dies bedeutet, dass selbst wenn ein Solarpanel beschattet ist, es weiterhin Strom aus dem verfügbaren Sonnenlicht erzeugen kann, während die anderen Panels weiterhin mit maximaler Kapazität Strom produzieren.

 

Lösung 2 - Schatten-erkennender Wechselrichter

Einige Hersteller integrieren Bypass-Dioden in ihre Solarpaneele. Da Bypass-Dioden dem Wechselrichter ermöglichen, "übersprungene" verschattete Paneele zu umgehen, anstatt bei geringerem Strom zu arbeiten, sieht die Leistungskurve eines teilweise verschatteten Arrays anders aus als die eines unverschatteten Arrays. Wie unten in der Abbildung gezeigt, wird Ersteres mehrere Spitzen aufweisen.

Allerdings können traditionelle Maximum Power Point Tracking (MPPT) Algorithmen den Globalen Maximum Power Point (GMPP) unter teilweiser Verschattung nicht verfolgen, was dazu führt, dass der Wechselrichter einen suboptimalen MPP (Lokalen Maximum Power Point) wählt.

Um dieses Problem zu lösen, können Sie sich für einen schattenbewussten Wechselrichter entscheiden, wie z.B. die PowMr SOLXPOW Serie Energiespeicher-Wechselrichter. Er verfügt über einen fortschrittlichen Shade Scan MPP Tracking Algorithmus, der kontinuierlich die Leistungspunkte auf der Strängenebene in regelmäßigen Abständen scannt, um den exakten maximalen Leistungspunkt (GMPP) zu bestimmen. Anschließend passt er den Betriebspunkt entsprechend diesem GMPP an, um den Ertrag Ihrer PV-Anlage bei Verschattung zu maximieren.

Lösung 3 – Mehrere MPPT-Solarwechselrichter

Multi-MPPT-Wechselrichter werden häufig auf Dächern mit unterschiedlicher Ausrichtung verwendet und bieten eine robuste Lösung gegen Verschattung. Durch sorgfältige Planung der Anzahl und des Layouts der Solaranlagen auf dem Dach basierend auf Dachstruktur und Lichtverhältnissen kann jede Anlage an Wechselrichter angeschlossen werden, die mit zwei oder mehr Maximum Power Point Trackern (MPPT) ausgestattet sind. Diese Tracker passen die Spannung so an, dass sie stets dem bevorzugten Eingangsbereich des Wechselrichters entspricht, und maximieren so die Energiegewinnung aus jeder Solarmodulreihe , selbst bei teilweiser Verschattung.

Im Wesentlichen ermöglichen Multi-MPPT-Wechselrichter den unabhängigen Betrieb jedes Strings und optimieren so die Leistung bei unterschiedlichen Beschattungsbedingungen. Diese Flexibilität stellt sicher, dass die Beschattung die Systemleistung nur minimal beeinträchtigt, den Energieverlust verringert und die Gesamteffizienz verbessert.

 

Lösung 4 - Laderegler / Wechselrichter für Parallelbetrieb

Solarladeregler für Parallelbetrieb

Ähnlich wie bei mehreren MPPT-Wechselrichtern können Sie jeden String flexibel entsprechend den tatsächlichen Bedingungen gestalten und in Parallelschaltung an die einzelnen Solarladeregler anschließen.

Sobald das gesamte Solarstromsystem montiert ist, verfolgt jeder Laderegler die Betriebspunkte verschiedener Solarpanelsysteme optimal. Anschließend sorgt eine spezielle parallele Kommunikation für den Datenaustausch, um die Energieproduktion zu maximieren und die Batterien sicher zu laden.

Solarwechselrichter für Parallelbetrieb

Die Wechselrichter für den Parallelbetrieb innerhalb des Systems verwalten separate Stränge und sorgen so dafür, dass beschattete und sonnenbeschienene Solarpanel-Arrays unabhängig und effizient arbeiten. Diese Konfiguration optimiert nicht nur die Stromerzeugung, sondern erleichtert auch die zukünftige Skalierbarkeit des bestehenden Solarpanel-Systems.

Diese Wechselrichter können größere Wechselstromlasten und Erweiterungen bewältigen, was sie im Vergleich zu Mikrowechselrichtern vielseitig und kostengünstig macht. Dieses Design stellt sicher, dass jedes Array mit seiner Spitzenleistung arbeitet, unbeeinflusst von den Bedingungen benachbarter Arrays.

Insgesamt bieten Parallelwechselrichter ein robustes Systemdesign, das sowohl den aktuellen Betrieb als auch das zukünftige Wachstum der Solarenergiekapazität unterstützt und gleichzeitig potenziell die Gesamtinstallationskosten senkt.

Allgemeine Bedenken hinsichtlich der Solarbeleuchtung

Können Solarmodule ohne direktes Licht funktionieren?

Solarmodule können auch ohne direkte Sonneneinstrahlung Strom erzeugen. Sie können auch an bewölkten Tagen oder bei teilweise bedecktem Himmel Strom erzeugen. Dies liegt daran, dass sie diffuses Sonnenlicht nutzen und es durch ihre Photovoltaikzellen in Strom umwandeln können. Während sie bei direkter Sonneneinstrahlung am effizientesten sind, kann ihre Effizienz bei indirekten Lichtverhältnissen reduziert sein.

 

Funktionieren Solarmodule auch an bewölkten oder regnerischen Tagen?

Ja, Solarmodule können sowohl an bewölkten als auch an regnerischen Tagen funktionieren. Obwohl ihre Effizienz im Vergleich zu sonnigen Tagen geringer sein kann, können sie dennoch Strom erzeugen. Bewölktes Wetter verringert die Intensität des Sonnenlichts, das die Module erreicht, aber sie können das vorhandene Licht dennoch in Strom umwandeln. Regen beeinträchtigt ihre Funktionalität normalerweise nicht, obwohl sehr starker Regen oder Schmutz die Leistung vorübergehend verringern können, bis sie gereinigt werden.