Photovoltaik - Auswirkungen der Verschattung von Solarmodulen

Wie bekannt, produziert eine Photovoltaikanlage Strom, sobald Licht auf die Solarzellen der Module fällt. Je stärker das Licht, umso stärker ist auch der erzeugte Strom. Da liegt es auf der Hand, dass Schattenbildung den Ertrag negativ beeinflusst. Und dabei spielen Teilverschattungen eine ganz besondere Rolle. Teilverschattungen verhalten sich nämlich so, als wenn jemand auf den Gartenschlauch steigt. Egal, an welcher Position jemand den Schlauch quetscht, am Ende kommt weniger Wasser raus. Auch wenn die anderen Module der Anlage mehr Strom produzieren könnten, werden sie durch die Engstelle der Teilverschattung gebremst und die Leistung der gesamten Anlage wird durch das "schwächste Modul" ausgebremst. Für die Photovoltaik ist Verschattung also keinesfalls ein nebensächliches Problem.

Die technische Erklärung ist relativ komplex, aber das Beispiel des Gartenschlauchs stellt einen recht guten praktischen Vergleich zu den üblicherweise in Serie liegenden Modulen dar. Dabei fließt durch jedes Modul dieselbe Menge an Strom und die Spannung wird addiert. Wird jetzt, wie im Falle des Gartenschlauches der Querschnitt, bei den Modulen der Stromfluss durch die Engstelle verringert, sinkt die Leistung aller Module ab. Warum? Weil die gewonnene Leistung sich aus Strom und Spannung zusammensetzt (Leistung = Strom x Spannung). Die resultierende Leistung ist also um ein vielfaches kleiner, als sie eigentlich sein müsste.

Aber auch eine andere Anordnung - also parallel geschaltete Module - ist hierfür leider keine ideale Lösung, da eine reine Parallelschaltung andere Probleme mit sich brächte. Zudem wären wesentlich mehr Installationsmaterialien und Kabel notwendig, wodurch sich die Leistungsverluste erhöhen würden. Eine praktikable Mischform, mit der diesem Effekt teilweise entgegengewirkt werden kann, ist die Aufteilung in mehrere Strings, also eine Kombination aus parallel und in Serie geschalteten Modulen. Wie kann aber bei der Photovoltaik der Verschattung und vor allem dem beschriebenen Effekt wirkungsvoll entgegengewirkt werden?

Vorweg, MPPT steht für Maximum PowerPoint Tracking, das so viel heißt wie die Suche des maximalen Leistungspunktes. Der Wechselrichter versucht, den optimalen Arbeitspunkt der Module und des Systems durch das fließende Einstellen von Spannung und Strom zu finden. MPPT ist wichtig für den regulären Betrieb einer Photovoltaikanlage, da die Sonneneinstahlung und die Temperatur ständig wechseln respektive auch die Leistung der Module. Die Suche nach dem MPPT ist also ohnehin notwendig.

Bei Photovoltaik-Verschattung bzw. Teilverschattung versucht dieser Mechanismus natürlich, die Beeinträchtigung auszugleichen und einen neuen Arbeitspunkt zu finden. In bestimmten Grenzen ist das auch möglich, gelingt aber leider nicht immer. So kann es mitunter relativ lange dauern, bis der optimale Punkt, gerade bei temporären Verschattungen, wieder gefunden wurde. Moderne Wechselrichter sind mit 3 MPPT ausgestattet und versprechen eine besonders schnelle Einstellung. Maximum PowerPoint Tracking hilft zwar bei Verschattungen, stellt aber trotzdem keine optimale Lösung dar.