Schattenanalyse in Photovoltaikanlagen: Auswirkungen und Lösungen

Sehen Sie sich dies an, um visuell zu verstehen, wie Schatten Ihr Photovoltaiksystem beeinflussen.

Beim Planen der Installation eines photovoltaischen Energiesystems sind verschiedene Faktoren für dessen Erfolg entscheidend. Darunter hebt sich die Schattenanalyse als einer der wichtigsten hervor. Ein PV-System erzeugt Elektrizität aus Sonnenlicht; daher kann jede Behinderung, die dieses Licht blockiert, seine Leistung erheblich beeinträchtigen.

Schatten können von Bäumen, Nachbargebäuden, Schornsteinen, Laternenmasten, Verschmutzung auf den Modulen oder sogar von anderen Modulen im eigenen Arrangement stammen. Folglich ist das Verständnis der Auswirkungen von Schatten und wie man sie mindern kann, lebenswichtig, um maximale Effizienz und eine positive Amortisation (Payback) zu gewährleisten.

Die Auswirkungen von Schatten auf die Energieerzeugung

Der Einfluss von Schatten auf Photovoltaiksysteme geht weit über den proportionalen Verlust der Solarstrahlung hinaus. Wenn ein Teil eines Solarmoduls beschattet wird, nimmt der von diesen Zellen erzeugte Strom ab. In in Reihe geschalteten Modulen (üblich in PV-Systemen) kann dieser Rückgang die Energieproduktion des gesamten Strings reduzieren. Dies liegt daran, dass der Wechselrichter (On-grid Inverter) dazu neigt, die Leistung auf das Niveau der schwächsten Zelle zu begrenzen.

Ein einzelnes beschattetes Modul in einem String kann die Energieproduktion des gesamten Arrangements beeinträchtigen.

Zusätzlich können beschattete Zellen zu Widerständen werden und dissipieren die von den beleuchteten Zellen erzeugte Energie in Form von Wärme. Dieses Phänomen ist als "Hotspot" (Punkt heiß) bekannt, der zu extremen Temperaturen (bis zu 160°C) führen und dauerhafte, irreversible Schäden an den Solarzellen verursachen kann, wodurch die Lebensdauer des Moduls verringert wird. In extremen Fällen können Schattenverluste mehr als 75% der erwarteten Produktion übersteigen.

Häufige Schattenarten

Es gibt verschiedene Arten von Schatten, die berücksichtigt werden müssen:

• Fester Schatten: Verursacht durch permanente Strukturen wie Gebäude, Schornsteine oder große Bäume.
• Saisonaler Schatten: Variiert je nach Jahreszeit, z. B. der Schatten eines Baumes, der im Winter Blätter verliert, oder die Änderung der Sonnenbahn.
• Dynamischer Schatten: Entsteht durch bewegliche Objekte wie Wolken, Vögel oder sogar angesammelte Verschmutzung.
• Selbstschatten: Wenn eine Reihe von Modulen einen Schatten auf eine andere Reihe desselben Systems wirft, insbesondere bei Arrangements mit mehreren Reihen.

Methoden und Werkzeuge zur Schattenanalyse

Die Schattenanalyse ist ein grundlegender Schritt im Design von Photovoltaiksystemen. Sie ermöglicht eine präzise Vorhersage der Energieverluste über das Jahr hinweg und die Optimierung des Modullayouts. Verschiedene Methoden und Werkzeuge stehen zur Verfügung, um diese Bewertung durchzuführen.

Manuelle Analyse und direkte Messung

Historisch umfasste die Analyse vor Ort-Messungen mit Instrumenten wie dem Solar Pathfinder oder dem Solmetric SunEye, die Schattenkarten für verschiedene Perioden des Jahres erstellen. Obwohl effektiv, können diese Methoden zeitaufwändig sein und hängen von der Genauigkeit der manuellen Datenerfassung ab.

Computersimulation und fortschrittliche Technologien

Heute wird die Mehrheit der Schattenanalysen mittels computergestützter Simulationssoftware durchgeführt, wie z. B. PVsyst, Pylon Solar Design & CRM und Aurora Solar. Diese Tools ermöglichen es, den Installationsort in 3D zu modellieren, alle umliegenden Objekte zu berücksichtigen und Schattenmuster zu verschiedenen Uhrzeiten und Daten zu simulieren.

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3D-Simulationssoftware bietet präzise Schattenanalysen und optimiert das Modullayout.

Fortschrittliche Technologien wie LiDAR und von KI unterstützte 3D-Modellierung (verwendet von Plattformen wie EagleView) erhöhen die Genauigkeit der Schattenanalyse. Sie erfassen Tausende von Datenpunkten pro Dach, ermöglichen eine Layoutoptimierung basierend auf fortschrittlichen Algorithmen und führen zu Leistungsgewinnen von bis zu 17,3%. Sunergia nutzt die besten Praktiken und Tools für diese Analyse, um die Effizienz Ihres Projekts zu garantieren.

Lösungen zur Minderung von Schatten

Die gute Nachricht ist, dass es verschiedene Technologien und Strategien gibt, um die negativen Auswirkungen von Schatten zu mindern und sicherzustellen, dass Ihr PV-System weiterhin effizient Energie produziert.

Bypass-Dioden und Hot-Spot-Free (HSF)-Technologie

Bypass-Dioden sind entscheidende Komponenten, die in Photovoltaikmodulen integriert sind. Sie wirken, indem sie einen alternativen Pfad für den elektrischen Strom schaffen, der ihn von den beschatteten Zellen wegleitet. So können die lichtexponierten Zellen weiterhin effizient Energie erzeugen, die Bildung von Hotspots verhindern und das Modul vor Schäden schützen. Für weitere Informationen sehen Sie sich unseren Artikel über Bypass-Dioden auf Zelleniveau in Solarmodulen an.

Die Hot-Spot-Free (HSF)-Technologie, wie z. B. die AE-Solar 370W HSF-Module (gepremiert als TOP INNOVATION 2018), nutzt diese Dioden optimiert. Dies reduziert die Temperatur in beschatteten Bereichen drastisch (unter 85°C), eliminiert Risiken und kann bis zu 30% mehr Leistung bei teilweisem Schattenbedingungen im Vergleich zu herkömmlichen Modulen erzeugen. Folglich können weniger Module für die gleiche Leistung benötigt werden.

Bypass-Dioden schützen beschattete Zellen und garantieren die Kontinuität der Produktion.

Die Bedeutung professioneller Beratung

Die Schattenanalyse und die Auswahl idealer Lösungen sind komplexe Aufgaben, die technisches Wissen erfordern. Eine professionelle Bewertung stellt sicher, dass alle Faktoren berücksichtigt werden, von der jährlichen Sonnenbahn bis zu den Dachmerkmalen, für eine präzise Dimensionierung und ein optimiertes Projekt.

Sunergia verfügt über Ingenieure mit Expertise und die notwendigen Tools, um eine detaillierte Schattenanalyse durchzuführen und die besten Lösungen vorzuschlagen, um Leistung und Haltbarkeit Ihres PV-Systems zu maximieren. In einen gut durchdachten Projekt zu investieren ist der Schlüssel zum Erfolg Ihrer Solarenergieerzeugung.

Optimieren Sie Ihr Solarprojekt

Vermeiden Sie Verluste und garantieren Sie die Effizienz Ihres Systems. Kontaktieren Sie Sunergia für eine professionelle Schattenanalyse und ein individuelles Angebot.