Verschattung
Die Verschattung in der Photovoltaik, beschreibt die Verschattung von einzelnen oder ganzen Modulfeldern während dem Tageslichtverlauf der Sonne. Verschattung ist für Solarmodule alles andere als gut, da die Module um die verschattete Fläche auch weniger Leistung bringen.
Wie wirkt sich die Verschattung durch Hindernisse aus?
Oft werden Hausdächer durch Hindernisse wie Bäume oder Schornsteine teilverschattet. Innerhalb eines einzelnen Photovoltaikmoduls führt das zu hohen Ertragsverlusten, da die einzelnen Solarzellen des Moduls dann durch eine unterschiedliche Sonneneinstrahlung mit unterschiedlichen Stromstärken und Spannungen optimal laufen, jedoch stets mit dem Strom der am schlechtesten bestrahlten Solarzelle laufen müssen. Solarmodulgruppen oder auch Strings genannt, liefern somit nur so viel Leistung, wie das Modul mit der geringsten Leistung. Bei Solarmodulgruppen gibt es jedoch die Möglichkeit, die Ertragsverluste auf die einzelnen betroffenen Module durch den Einsatz von Moduloptimierern zu begrenzen und somit großflächige Ertragseinbußen durch einzelne Schattenwürfe zu verhindern. Bei einer Photovoltaikanlage mit Moduloptimieren belaufen sich die Ertragseinbußen also nur auf einzelne Module, die beschattet werden. Mehr dazu im Artikel zu Moduloptimierern.
Wie wirkt sich die Verschattung durch eine ungünstige Ausrichtung aus?
Die Ausrichtung der Photovoltaikanlage hat einen entscheidenden Einfluss auf den Ertrag einer Photovoltaikanlage. Hierbei entstehen Ertragseinbuße gegenüber der optimalen Ausrichtung nicht durch gänzliche Verschattung, sondern durch den Einstrahlungswinkel der Sonne. Der optimale Einstrahlungswinkel für Solarmodule ist genau senkrecht. Die Nennleistung (kWp) ist dabei genau die Leistung, die ein Solarmodul bei 25 Grad in Südausrichtung zur Sonne (1000W pro Quadratmeter) erbringt. Bei anderen Einstrahlungswinkeln skaliert sich dieser Wert mit dem Kosinus des Winkels der Abweichung zum Lot der Modulfläche.
In Bayern liegt die gemittelte, ertragsstärkste Ausrichtung eines Solarmoduls bei etwa 30 Grad nach Süden. Allerdings sind die Abweichungen der Optimalwerts bei moderaten Abweichungen sehr klein. So bringt eine Ost-West Ausrichtung bei üblichen 30 Grad Dachneigung 90% und eine reine Nordausrichtung bei einer moderaten Dachneigung (20 Grad) sogar immer noch 70% des Maximalwerts. Nur große Dachneigungen bei ungeeigneter Ausrichtung bringen große Ertragsverluste.
Wie ist der Einfluss auf den Tages- und Jahresgang?
Um den Einfluss der Verschattung auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu ermitteln sind nicht nur die absoluten Erträge, sondern auch die zeitliche Übereinstimmung von Stromproduktion und Verbrauch zu betrachten, da sich die Wirtschaftlichkeit der Anlage aufgrund der sehr geringen Einspeisevergütungen sehr nach der Eigenverbrauchsquote richtet. Meistens tragen dabei insbesondere die Erträge von nicht optimal ausgerichteten Modulen am meisten zur Steigerung der Eigenverbrauchsquote bei. Das liegt am Tagesgang des Stromverbrauchs, der meistens in den Morgen- und Abendstunden am höchsten ist und damit gut mit dem Tagesgang von Ost-West- und Nordausrichtungen übereinstimmt. Allerdings hat insbesondere die Nordausrichtung einen stärkeren Jahresgang als die Südausrichtung, wobei das Winterhalbjahr allerdings ohnehin auch bei einer Südausrichtung ertragsschwach ist. Die beste Ausrichtung für eine Verbrauchsorientierte Anlage ist daher meist eine Ost-West Auslegung.
Auch für die Ermittlung des Verschattungsgrades von Hindernissen ist es entscheidend, den Tages- und Jahresgang miteinzubeziehen. Vor allem Hindernisse, die in flachem Winkel über der Dachfläche stehen, sind meist unproblematisch, da sie Ertragseinbußen nur über kurze Abschnitte zu Tagesrandzeiten bringen.
Fazit
Viele Hausdächer sind nicht perfekt zur Sonne ausgerichtet; das heißt jedoch lange nicht, dass sie für Photovoltaik ungeeignet sind. Die Verschattungen sind stets differenziert und im Einzelfall zu betrachten. Zudem hängt die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage stets vom gebäudeunabhängigen Strompreis ab. Daher lohnen sich Photovoltaikanlagen auch zunehmend für schlechter ausgerichtete Dächer, je wirtschaftlicher Photovoltaikanlagen grundsätzlich werden.
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