Funktionieren Solarmodule im Schatten effektiv?

Solarzellen sind oft verschiedenen Beschattungen ausgesetzt, die saisonal und einzigartig für jedes Zuhause sein können. Die Beschattung variiert in ihrer Natur und reicht von dynamischer Beschattung wie bewegenden Wolken, Schnee, Vogelkot oder Staub bis hin zu statischer Beschattung wie Gebäuden oder Bäumen. Beschattung entsteht durch umweltbedingte Hindernisse, wobei dynamische Quellen vorübergehend und statische Quellen dauerhafter sind.

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

In diesem Artikel werden wir die Auswirkungen von Beschattung auf ihre Leistung und Effizienz erklären und 3 flexible Lösungen für die Beschattung von Solarpanelen vorstellen.

 

 

Was passiert, wenn ein Solarpanel im Solarfeld beschattet wird?

Solarzellen erzeugen Strom durch den photovoltaischen Effekt, der auftritt, wenn Sonnenlicht die Oberfläche der Solarzellen im Panel trifft. Diese Solarzellen bestehen typischerweise 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 Solarpanels besagt, dass sie Strom in direkter Korrelation zur Sonneneinstrahlung erzeugen. Beschattung auf einem Solarpanel verringert das Sonnenlicht, das die Zellen erreicht, und senkt somit deren elektrische Leistung.

Solarmodule können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Allerdings beeinflusst Verschattung die Module unterschiedlich, selbst unter identischen Lichtbedingungen und Spezifikationen des Solarmodulsystems, abhängig von der Anschlussmethode.

 

Wie beeinflusst Schatten Solarzellen in Reihe?

In den meisten Fällen werden Solarpanels in Reihe geschaltet. Solarpanels werden normalerweise in Reihe geschaltet, um die Spannung zu erhöhen, Stromverluste zu reduzieren und das Design sowie die Installation von Wechselrichtern zu vereinfachen.

Wenn der Installationsort jedoch Schatten hat, ist das Hinzufügen von Solarmodulen in Reihe nicht die beste Konfiguration. Wenn ein Modul beschattet wird, sinkt der Strom. In einer Reihenschaltung wird der Strom durch den niedrigsten Wert in der Reihe bestimmt.

Angenommen, drei 200W Solarpanels mit einer maximalen Leistungsspannung von 21V und einem maximalen Leistungstrom von 9,52A sind in Reihe geschaltet. Unter idealen Bedingungen wird die Reihe 600W Leistung erzeugen.

Wenn ein Solarpanel beschattet ist, kann der Strom auf 5A sinken, während die Spannung unverändert bleibt. Die endgültige Leistung beträgt 315W (5A x 21V x 3), und die gesamte Stringeffizienz wird um 48,5% sinken.

In diesem Fall kann die Installation von Bypass-Dioden das beschattete Solarpanel isolieren, den Strom umleiten und die leistungsschwachen Panels "umgehen", sodass sie das gesamte System nicht mehr beeinflussen. Dies führt jedoch weiterhin zu einem Verlust der Leistung der umgangen Panels. In dem beschriebenen Szenario würde die Gesamtleistung des Strings 400W betragen.

 

Wie beeinflusst Schatten Solarmodule in Parallelverbindung?

In parallel geschalteten Solarpanelsystemen ist die Auswirkung von Beschattung relativ minimal, da in Parallelschaltungen die Spannung konstant bleibt, während die Ströme sich addieren. Nehmen wir drei Panels mit einer maximalen Leistungsspannung von 21V und einem maximalen Leistungsstrom von 9,52A als Beispiel: Wenn sie parallel geschaltet sind, wird das System idealerweise 600W Leistung erzeugen.

Wenn eines der Solarmodule beschattet wird und der Strom auf 5 Ampere reduziert wird, beträgt die gesamte Leistungsausgabe des Solarmodulsystems ungefähr 505 W ((9,52 + 9,52 + 5)A x 21V). Dies stellt einen 16%igen Rückgang der Effizienz der Stromerzeugung dar.

 

Wie effektiv sind Solarpanels im Schatten?

Als Faustregel gilt, dass die von Solarpanels erzeugte Energie ungefähr halbiert wird, wenn sie im Schatten von direkter Sonneneinstrahlung stehen.

Die Effizienz von Solarpanels im Schatten hat jedoch keinen exakten Wert, da sie von mehreren Faktoren beeinflusst wird. Selbst bei identischen Spezifikationen der Solarpanels und gleichen beschatteten Flächen variiert der Einfluss unter verschiedenen Bedingungen. Faktoren wie Lichtintensität, geografische Lage, Dachneigungswinkel und Ausrichtung spielen dabei eine Rolle.

Trotzdem bedeutet Schattierung nicht, dass Sie nicht von Wohnsolarpanelen profitieren können, wenn Ihr Dach den ganzen Tag über im Schatten liegt. Durch sorgfältig gestaltete Layouts oder den Einsatz von bestimmten Technologien ist es möglich, Schattierungsprobleme zu überwinden.

 

Lösungen zur Beschattung von Solarpanelen

Die zuvor erwähnten Bypass-Dioden und parallelen Solarmodule können den Rückgang der Effizienz der Stromerzeugung, der durch Beschattung verursacht wird, etwas mildern, sind jedoch nicht immer die besten Lösungen.

Zum Beispiel könnten parallele Strings die Spannungsanforderungen nicht erfüllen, und Bypass-Dioden können nur den Leistungsbeitrag von beschatteten Solarmodulen auf null reduzieren.

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

Über diese beiden Methoden hinaus werden wir 4 Arten von Geräten vorstellen, um die Effizienz der Stromerzeugung von Solarpanelsystemen flexibler zu maximieren und sicherzustellen, dass beschattete Panels die Leistung anderer im System nicht beeinflussen.

 

Lösung1 - Mikro-Wechselrichter

Mikroinverter sind geeignet, um Schattenprobleme zu bewältigen, da sie Gleichstrom (DC) auf der Ebene der Solarpanels in Wechselstrom (AC) umwandeln, wodurch jedes Solarpanel unabhängig von den anderen im Array betrieben werden kann. Das bedeutet, dass selbst wenn ein Solarpanel beschattet ist, es trotzdem Strom aus dem verfügbaren Sonnenlicht erzeugen kann, während die anderen Panels weiterhin Strom mit ihrer maximalen Kapazität produzieren.

 

Lösung2 - Schattenbewusster Wechselrichter

Einige Hersteller integrieren Bypass-Dioden in ihre Solarmodule. Da Bypass-Dioden dem Wechselrichter ermöglichen, beschattete Module zu "überspringen", anstatt mit einem niedrigeren Strom zu arbeiten, sieht die Leistungskurve eines teilweise beschatteten Arrays anders aus als die eines unbeschatteten Arrays. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wird das erstere mehrere Spitzen haben.

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

Um dieses Problem zu beheben, können Sie sich für einen schattenbewussten Wechselrichter entscheiden, wie den PowMr SOLXPOW-Serie Energiespeicherwechselrichter. Er verfügt über einen fortschrittlichen Shade Scan MPP Tracking Algorithmus, der kontinuierlich die Leistungspunkte auf String-Ebene in regelmäßigen Abständen scannt, um den genauen maximalen Leistungspunkt (GMPP) zu bestimmen. Anschließend passt er den Betriebspunkt basierend auf diesem GMPP an, um den Ertrag Ihrer PV-Anlage im Falle von Beschattung zu maximieren.

 

Lösung3 - Mehrere MPPT-Solarwechselrichter

Multi-MPPT-Wechselrichter werden häufig auf Dächern mit verschiedenen Ausrichtungen eingesetzt und bieten eine robuste Lösung für Beschattung. Durch sorgfältige Planung der Anzahl und Anordnung der Solaranlagen auf dem Dach, basierend auf der Dachstruktur und den Lichtverhältnissen, kann jede Anlage mit Wechselrichtern verbunden werden, die mit zwei oder mehr Maximum Power Point Trackers (MPPT) ausgestattet sind. Diese Tracker passen die Spannung an, um konstant den bevorzugten Eingangsbereich des Wechselrichters zu erreichen, maximieren die Energiegewinnung aus jeder Solarpanelreihe, selbst bei teilweiser Beschattung.

Im Wesentlichen ermöglichen Multi-MPPT-Wechselrichter den unabhängigen Betrieb jeder Reihe, wodurch die Leistung unter unterschiedlichen Beschattungsbedingungen optimiert wird. Diese Flexibilität stellt sicher, dass Beschattung die Systemleistung minimal beeinträchtigt, was den Energieverlust verringert und die Gesamteffizienz erhöht.

 

Solution4 - Ladecontroller / Wechselrichter für Parallelbetrieb

Solar-Laderegler für Parallelbetrieb

Ähnlich wie bei mehreren MPPT-Wechselrichtern können Sie jede Reihe flexibel nach den tatsächlichen Bedingungen gestalten und sie an jede Solar-Laderegler in Parallelverbindung anschließen.

Sobald das gesamte Solarkraftsystem montiert ist, verfolgt jeder Laderegler optimal die Betriebspunkte der verschiedenen Solarpanelsysteme. Anschließend sorgt eine spezialisierte parallele Kommunikation für den Datenaustausch, um die Energieproduktion zu maximieren und die Batterien sicher aufzuladen.

Solarwechselrichter für Parallelbetrieb

Die Wechselrichter für den Betrieb im Parallelbetrieb innerhalb des Systems verwalten separate Stränge und stellen sicher, dass beschattete und sonnige Solarpanel-Arrays unabhängig und effizient arbeiten. Diese Konfiguration optimiert die Stromerzeugung und ermöglicht auch die zukünftige Skalierbarkeit des bestehenden Solarpanelsystems.

Diese Wechselrichter sind in der Lage, größere AC-Lasten und Erweiterungen zu bewältigen, was sie vielseitig und kosteneffektiv im Vergleich zu Mikro-Wechselrichtern macht. Dieses Design stellt sicher, dass jedes Array bei seiner maximalen Leistung arbeitet, unbeeinflusst von den Bedingungen benachbarter Arrays.

Insgesamt bieten parallele Wechselrichter Robustheit im Systemdesign, unterstützen sowohl aktuelle Betriebsabläufe als auch zukünftiges Wachstum der Solarenergie-Kapazität und können dabei potenziell die Gesamtkosten der Installation senken.

 

Häufige Bedenken bei Solarbeleuchtung

Können Solarpanels ohne direktes Licht funktionieren?

Solarzellen können Strom auch ohne direktes Sonnenlicht erzeugen. Sie können auch an bewölkten Tagen oder wenn der Himmel teilweise bewölkt ist, Strom produzieren. Das liegt daran, dass sie diffuses Sonnenlicht nutzen können und es dennoch in Strom umwandeln können durch ihre Photovoltaikzellen. Während sie unter direktem Sonnenlicht am effizientesten sind, können sie unter indirekten Lichtbedingungen mit reduzierten Effizienzlevels arbeiten.

 

Funktionieren Solarpanels an bewölkten oder regnerischen Tagen?

Ja, Solarpanels können sowohl an bewölkten als auch an regnerischen Tagen funktionieren. Während ihre Effizienz im Vergleich zu sonnigen Tagen geringer sein kann, können sie dennoch Strom erzeugen. Bewölktes Wetter verringert die Intensität des Sonnenlichts, das die Panels erreicht, aber sie können dennoch das verfügbare Licht in Strom umwandeln. Regen hat normalerweise keinen Einfluss auf ihre Funktionalität, obwohl sehr starker Regen oder Schmutz die Leistung vorübergehend reduzieren könnte, bis sie gereinigt werden.