Schattierungseffekt: So können Sie Produkte mit weniger Auswirkungen abmildern und mit Panels versehen

Über die Gerätekonfiguration hinaus hängen Effizienz und Leistungsabgabe von Solarmodulen weitgehend von den Sonneneinstrahlungsbedingungen ab. Bei Verschattung könnte man davon ausgehen, dass nur die verschatteten Bereiche oder Paneele betroffen sind.

Leider kann die Verschattung in vielen Fällen die Leistung des Gesamtsystems erheblich beeinträchtigen.

In diesem Artikel wird der Verschattungseffekt von Solarmodulen näher erläutert und Möglichkeiten zur Abschwächung vorgeschlagen. Sie können außerdem davon ausgehen, dass Sie Panel-Produkte mit geringerer Verschattungswirkung sehen werden.

Was ist der Verschattungseffekt bei Solarmodulen? Was verursacht es?

Der Verschattungseffekt auf Sonnenkollektoren bezieht sich auf den Rückgang ihrer Effizienz und Leistung wenn etwas das Sonnenlicht daran hindert, das zu erreichen Solarzellen.

Im wahrsten Sinne des Wortes: Warum haben wir nicht das Szenario verwendet, bei dem etwas das Sonnenlicht daran hindert, hineinzukommen? Sonnenkollektoren? Dies soll zu einem besseren Verständnis der Wirkungsprinzipien beitragen.

Die Solarzelle ist die Grundeinheit eines Solarpanels. Ein Panel besteht typischerweise aus Dutzenden von Zellen, die über Reihenschaltungen oder eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltungen miteinander verbunden sind. Dennoch ist die Reihenschaltung das wesentliche Mittel zur Verbindung von Solarzellen.

In der Physik ist der Strom durch jedes angeschlossene Gerät in einer Reihenschaltung idealerweise gleich. Wenn sich ein Gerät in einem abnormalen Zustand befindet, 'Nichtübereinstimmung' auftreten, und der Gesamtstrom des Stromkreises wird sein begrenzt durch das Gerät mit der geringsten Stromabgabe.

Daher kann bereits eine verschattete Zelle einen negativen Einfluss auf die Leistung des gesamten Solarmoduls und somit des Systems haben.

Hier sind mehrere Faktoren Das kann diesen Schattierungseffekt verursachen:

• Hindernisse in der Nähe: Bäume, Gebäude oder andere Strukturen, die tagsüber Schatten werfen.
• Schmutz und Trümmer: Ansammlungen von Schmutz, Blättern oder Schnee können Teile des Panels oder Arrays bedecken.
• Vogelkot: Dadurch können kleine schattige Bereiche auf den Paneelen entstehen.
• Winkel und Ausrichtung: Ein falsch konfigurierter Winkel oder eine falsche Ausrichtung der Paneele kann auch zu einer verringerten direkten Sonneneinstrahlung während bestimmter Tageszeiten führen.

Auswirkungen der Schattierung (neben der Panel-Leistung)

Einige Studien zeigen, dass die Verschattung nur einer Solarzelle in einem Panel die Leistungsabgabe des gesamten Panels um 50–80 % reduzieren kann, was eine beträchtliche Zahl ist.

Auf Panel-Ebene führt die Schattierung nicht nur zu Leistungseinbußen, sondern auch zu einem Hotspot-Effekt, der potenziell schwerwiegende Folgen haben kann. 

Als einer der Hauptfaktoren für den Hotspot-Effekt sorgt die Beschattung dafür, dass die beschatteten Zellen im Vergleich zu den nicht beschatteten Zellen weniger Sonnenlicht absorbieren und weniger Strom erzeugen. Dieses „Ungleichgewicht“ in der Stromerzeugung kann dazu führen, dass sich die verschatteten Zellen erwärmen, da sie die überschüssige Energie als Wärme abgeben. Wenn die schattierten Zellen längere Zeit Hotspots ausgesetzt sind, ist es wahrscheinlicher, dass sie schneller abgebaut werden, was ihre Lebensdauer verkürzt.

Darüber hinaus kann die durch Hotspots verursachte lokale Erwärmung auch die Materialien im Solarpanel beschädigen, beispielsweise die Einkapselung und die Rückseitenfolie. Im Laufe der Zeit kann dieser Schaden die strukturelle Integrität des Paneels beeinträchtigen und seine Gesamtlebensdauer verkürzen.

Im Extremfall können Hotspots den Brennpunkt von Plattenmaterialien erreichen und zu einem Brand führen, der sowohl für Vermögenswerte als auch für Benutzer eine Gefahr darstellt.

Möglichkeiten zur Reduzierung von Schattierungen und zur Abschwächung von Schattierungseffekten

Die Reduzierung der Verschattung stellt das Ziel dar, die negativen Auswirkungen der Verschattung durch die Quelle zu minimieren. Verschattungseffekte zu mildern bedeutet hingegen, die Auswirkungen aufgrund bestehender Verschattungsverhältnisse durch technische Maßnahmen zu verringern.

Maßnahmen zur Reduzierung der Verschattung

• Umfassende Standortbewertung und -planung: Bei neuen und modernisierten Solarprojekten ist die Durchführung gründlicher Verschattungsanalysen während der Standortuntersuchungsphase von entscheidender Bedeutung, um die Installation von Solarmodulen an Positionen mit minimaler Verschattung tagsüber zu unterstützen.
• Regelmäßige Wartung: Das Beschneiden von Bäumen in der Nähe kann die Verschattung reduzieren und die Effizienz des Systems verbessern. Sie sollten auch Reinigungsgeräte und Roboter für Solarmodule verwenden, um regelmäßig alle Beläge auf den Modulen, einschließlich Schmutz, Ablagerungen und Kot, zu reinigen.

Technologien zur Abschwächung von Shadding-Effekten

• Panels mit Bypass-Dioden: Viele moderne Solarmodule verfügen über zusätzliche Bypass-Dioden, um Abschattungseffekte abzuschwächen. Wie in Abbildung 1 unten dargestellt, gruppieren diese Panels Zellen in mehrere Gruppen, die jeweils mit einer Bypass-Diode ausgestattet sind. Diese Dioden bieten einen alternativen Strompfad zur Umgehung der abgeschatteten Zellen und verhindern so einen drastischen Leistungsabfall des gesamten Panels.
• Wechselrichter mit Funktionalität auf Panelebene: Obwohl es Stringwechselrichter gibt die Go-to-Option Bei vielen Projekten ist es aufgrund der Kosteneffizienz nicht möglich, die Leistung jedes Panels einzeln zu verwalten. Optimierte String-Wechselrichter und Mikro-Wechselrichter sind Arten von MLPEs, die eine Leistungsüberwachung und -optimierung auf Panelebene ermöglichen. Ersteres passt die Spannung und den Strom an jedem Panel an, um trotz Leistungsschwankungen aufgrund von Verschattung die Leistung zu maximieren. Letzterer wandelt an jedem Panel Gleichstrom in Wechselstrom um und isoliert so das/die leistungsschwache(n) Panel(s) vom Rest.
• Optimierte Panel-Konfigurationen: Nach einer gründlichen Evaluierung können Panels parallel geschaltet werden, um sicherzustellen, dass die Leistung nicht verschatteter Panels nicht durch verschattete Panels beeinträchtigt wird.

Panel-Produkte, die weniger Auswirkungen auf die Verschattung haben

Wenn sich Ihre Projekte an einem Standort befinden, an dem möglicherweise viel Schatten entsteht, der nicht gut bewältigt werden kann, sollten Sie diese fortschrittlichen Panel-Produkte in Betracht ziehen.

Halbgeschnittene Solarmodule

Aufgrund ihres Designs mit halbierten Solarzellen weisen halbgeschnittene Solarmodule eine erhöhte Toleranz gegenüber Teilverschattung auf, was sich im Vergleich zu Standardmodulen „voller Größe“ in einer verbesserten Effizienz und geringeren Leistungsverlusten niederschlägt.

Diese erhöhte Verschattungstoleranz ist auf die höhere Anzahl von Teilsträngen in halbgeschnittenen Paneelen zurückzuführen, wodurch die Auswirkungen der Verschattung wirksamer abgemildert werden können.

Bifaziale Sonnenkollektoren

Bifaziale Solarmodule fangen das Sonnenlicht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite ein. Obwohl ihre Vorderseiten wie herkömmliche Paneele abgeschattet sein können, können ihre Rückseiten dennoch reflektiertes Licht vom Dach, vom Boden oder von nahegelegenen Strukturen absorbieren.

Dieser Mechanismus kann den Verlust der direkten Sonneneinstrahlung durch die Verschattung auf der Vorderseite teilweise ausgleichen.

Einzelne Solarmodule

Da die kleineren Solarzellen schindelartig überlappt und miteinander verbunden sind, verringern geschindelte Solarmodule auch Verschattungsverluste und verbessern die Gesamteffizienz.

Diese Schindelplatten sind integriert mit Matrix-Technologie weisen sogar eine robustere Leistung auf als diejenigen, die mit dem Standard-String-Ansatz entwickelt wurden. Und wenn Ihnen oder Ihren Kunden das traditionelle dunkle Schwarz oder Blau mit sichtbaren Gitterlinien zuwider ist, versuchen Sie es mit Schindelpaneelen. Sie zeichnen sich außerdem durch eine ansprechende Ästhetik mit einheitlichem Erscheinungsbild und glatterer Oberfläche aus.

Zusammenfassung

Schattierungseffekt könnte zwangsläufig passieren auf Sonnenkollektoren aufgrund der Einschränkungen, die durch die Prinzipien elektrischer Schaltkreise auferlegt werden. Seien Sie offen und geben Sie diese Tatsache selbstbewusst an Ihre Kunden weiter.

Einige fortschrittliche Technologien und Panelprodukte führen nicht nur einige überschaubare Maßnahmen zur Reduzierung des Auftretens von Verschattungen durch, sondern bewirken auch weniger Auswirkungen durch Verschattung und können Ihnen eine bessere Effizienz und Leistung bieten.

Ohne Zweifel sollten Sie die Kosten, die Amortisationszeit und Ihr erwartetes Energieergebnis abwägen.