Schon ein kleiner Schatten kann die Leistung eines Solarmoduls stärker mindern, als seine Fläche vermuten lässt: In vielen Modulen sind die Zellen in Reihe geschaltet, und eine schwach beleuchtete Zelle kann den Strom des ganzen Strangs beeinträchtigen. Bypass-Dioden überbrücken verschattete Zellgruppen und begrenzen so Verlust und Belastung, beseitigen den Schatten aber nicht. Hotspots sind örtliche Erwärmungen an verschatteten oder beschädigten Zellen; bei Auffälligkeiten gehört die Anlage in die Hände einer Fachkraft.
Wie Verschattung die Leistung von Solarmodulen beeinflusst
Solarmodule liefern Strom, wenn Licht auf ihre Solarzellen fällt. Wird ein Teil der Modulfläche abgeschattet, erhält dieser Bereich weniger Licht und erzeugt entsprechend weniger Strom. Die Auswirkungen hängen davon ab, wie viele Zellen betroffen sind, wie sie elektrisch verschaltet sind und wie sich die Module im System ergänzen.
In vielen Modulen sind Solarzellen in Reihe verbunden. Dabei fließt durch die Zellen eines Strangs derselbe Strom. Eine schwach beleuchtete Zelle kann den Stromfluss der übrigen Zellen beeinträchtigen. Deshalb kann eine kleine Schattenfläche unter bestimmten Bedingungen einen größeren Leistungsverlust verursachen, als ihre Größe vermuten lässt. Eine genaue Wirkung lässt sich nicht allein anhand des sichtbaren Schattens abschätzen.
Mögliche Ursachen sind etwa Schornsteine, Dachaufbauten, Bäume, Antennen oder benachbarte Gebäude. Auch der Verlauf eines Schattens verändert sich mit dem Sonnenstand. Entscheidend ist daher nicht nur, ob ein Modul zeitweise verschattet wird, sondern auch, welche Zellen betroffen sind und wie lange die Abschattung anhält.
Was Teilverschattung von einer vollständigen Abschattung unterscheidet
Bei vollständiger Abschattung erhält ein Modul oder ein Bereich praktisch kein direktes Licht. Teilverschattung betrifft dagegen nur einen Teil der Modulfläche. Sie kann einzelne Zellen, Zellgruppen oder mehrere Module in einer Anlage betreffen.
Eine schmale Schattenkante kann zum Beispiel quer über eine Reihe von Zellen verlaufen und mehrere Zellbereiche berühren. Ein breiter Schatten kann dagegen eine ganze Gruppe gleichmäßig abdecken. Die elektrische Auswirkung kann sich in diesen Fällen unterscheiden. Aus der Form des Schattens allein folgt deshalb nicht zuverlässig, wie stark die Leistung sinkt.
Verschattung von Solarmodulen und die Funktion von Bypass-Dioden
Bypass-Dioden sind Schutzbauteile in vielen Solarmodulen. Sie sind so eingebunden, dass der Strom bei bestimmten Betriebsbedingungen an einem verschatteten oder beeinträchtigten Zellbereich vorbeifließen kann. Dafür überbrücken sie eine Gruppe von Solarzellen, statt dass der Strom vollständig durch diesen Bereich fließen muss.
Ein Modul kann in mehrere elektrisch abgegrenzte Zellgruppen aufgeteilt sein. Welche Gruppen eine Diode überbrückt und wie viele Dioden vorhanden sind, hängt vom Aufbau des Moduls ab. Eine Bypass-Diode wirkt daher nicht zwangsläufig auf einzelne Zellen, sondern meist auf einen Abschnitt der elektrischen Verschaltung.
Wird eine Zellgruppe stark abgeschattet, kann die zugehörige Diode leitend werden. Der Strom nimmt dann einen alternativen Weg. So kann die elektrische Belastung der betroffenen Zellen verringert werden. Gleichzeitig trägt die überbrückte Gruppe in diesem Moment weniger oder gar nicht zur Stromerzeugung bei. Die Diode verhindert also nicht jeden Leistungsverlust, sondern kann helfen, dessen Folgen zu begrenzen.
Was Bypass-Dioden nicht leisten
Eine Bypass-Diode beseitigt den Schatten nicht und sorgt nicht dafür, dass ein Modul wieder seine volle Leistung erreicht. Wird eine Zellgruppe überbrückt, steht ihr Beitrag zur Stromerzeugung nicht wie bei voller Beleuchtung zur Verfügung. Bei fortbestehender Verschattung bleibt daher eine Einschränkung möglich.
Auch lässt sich nicht pauschal sagen, bei welcher Schattenfläche eine Diode aktiv wird. Das hängt unter anderem von der Zellverschaltung und den elektrischen Betriebsbedingungen ab. Ein Schatten, der auf einem Modul harmlos erscheint, kann bei einer anderen Anordnung anders wirken. Für die Beurteilung sind deshalb die Modulverschaltung und die Einbindung in die Anlage relevant.
Hotspots: Wie lokale Erwärmung entstehen kann
Ein Hotspot ist eine örtlich begrenzte Erwärmung innerhalb eines Solarmoduls. Sie kann entstehen, wenn eine verschattete oder beschädigte Zelle den Strom eines in Reihe geschalteten Zellstrangs nicht mehr normal weiterleitet. Unter bestimmten Bedingungen wird die Zelle dadurch elektrisch belastet und kann einen Teil der Energie in Wärme umsetzen.
Die Erwärmung betrifft dann nicht zwingend die gesamte Modulfläche, sondern kann sich auf einen kleinen Bereich konzentrieren. Wie stark sie ausfällt, hängt von den elektrischen Bedingungen und der konkreten Zellbelastung ab. Aus einer sichtbaren Verschattung allein lässt sich weder sicher auf einen Hotspot schließen noch dessen Ausmaß bestimmen.
Bypass-Dioden können das Risiko verringern, indem sie den Strom an betroffenen Zellgruppen vorbeileiten. Sie sind jedoch kein allgemeiner Schutz vor sämtlichen Schäden. Fehlerhafte Zellen, beschädigte Verbindungen oder defekte Schutzbauteile können die Situation verändern. Bei auffälligen Verfärbungen, sichtbaren Beschädigungen oder ungewöhnlichen Leistungsänderungen sollte eine qualifizierte Fachkraft die Anlage beurteilen.
Welche Faktoren bei Teilverschattung wichtig sind
Für die Einschätzung der Auswirkungen sind mehrere Aspekte zu unterscheiden:
- Lage des Schattens: Betroffen sein können einzelne Zellen, eine Zellgruppe oder mehrere Module.
- Form und Bewegung: Ein schmaler, wandernder Schatten kann andere Zellbereiche erfassen als eine gleichmäßige Abschattung.
- Elektrische Verschaltung: Zellgruppen innerhalb eines Moduls und Module innerhalb einer Anlage sind nicht beliebig unabhängig voneinander.
- Bypass-Dioden: Anzahl, Anordnung und Funktion bestimmen, welche Zellgruppen überbrückt werden können.
- Betriebsbedingungen: Die Wirkung hängt auch davon ab, wie viel Licht auf die übrigen Zellen fällt und unter welchen elektrischen Bedingungen die Anlage arbeitet.
Bei mehreren in Reihe verbundenen Modulen kann ein schwächerer Abschnitt den Strom des gemeinsamen Strangs beeinflussen. Wie stark sich das auswirkt, hängt von der Anlagenkonfiguration ab. Werden Module elektrisch getrennt oder individuell geregelt, etwa über Leistungsoptimierer an den Modulen oder mehrere MPP-Tracker im Wechselrichter, kann sich die Reaktion anders darstellen. Daraus folgt nicht, dass eine bestimmte Anlagenlösung immer überlegen ist: Entscheidend ist, ob sie zur tatsächlichen Verschattungssituation passt. Wie ein System mit Modul-Optimierern aufgebaut ist und wann es bei Verschattung Vorteile bringt, erklärt unser Ratgeber zu Optimierer-Wechselrichtern.
Verschattung sinnvoll beurteilen
Eine sorgfältige Einschätzung beginnt damit, den Schattenverlauf über den Tag und über unterschiedliche Sonnenstände zu beobachten. Dabei ist wichtig, welche Modulbereiche betroffen sind und ob die Verschattung wiederkehrt oder nur kurzzeitig auftritt. Die Beobachtung ersetzt keine elektrische Prüfung, hilft aber, die Ausgangssituation nachvollziehbar zu beschreiben.
Auch Leistungsdaten können Hinweise geben, sofern sie für einzelne Module oder Teilbereiche vorliegen. Werte für eine gesamte Anlage zeigen nicht immer, an welcher Stelle eine Einschränkung entsteht. Veränderungen sollten zudem im Zusammenhang mit den jeweiligen Licht- und Betriebsbedingungen betrachtet werden.
Arbeiten an elektrischen Anschlüssen, Modulen oder Dioden gehören in fachkundige Hände. Solarmodule können auch bei geringer Beleuchtung elektrische Spannung erzeugen. Bei einem vermuteten Defekt sollte die Ursache deshalb nicht durch eigenständiges Öffnen oder Überbrücken von Bauteilen gesucht werden.
Fazit
Teilverschattung kann die Leistung eines Solarmoduls stärker beeinflussen, als die sichtbare Schattenfläche vermuten lässt. Bypass-Dioden können Zellgruppen überbrücken und so die Belastung begrenzen, verhindern aber weder jeden Leistungsverlust noch sämtliche möglichen Schäden. Für eine verlässliche Einschätzung sind Schattenverlauf, Modulverschaltung und fachkundige Prüfung entscheidend.
Wie Sie verschmutzte Module schonend säubern, erklärt der Ratgeber Solarmodule reinigen. Warum Module über die Jahre an Leistung verlieren, lesen Sie unter Degradation von Solarmodulen. Weitere Ratgeber und Vergleiche finden Sie in der Rubrik Solarmodule.
Häufige Fragen
Kann Schnee eine Teilverschattung verursachen?+
Ja. Liegt Schnee nur auf einem Teil der Modulfläche, kann er einzelne Zellen oder Zellgruppen abschatten. Wie sich das auf die Stromerzeugung auswirkt, hängt unter anderem davon ab, welche Bereiche bedeckt sind und wie das Modul verschaltet ist.
Können Bypass-Dioden selbst ausfallen?+
Wie andere elektrische Bauteile können auch Bypass-Dioden beschädigt werden oder nicht mehr korrekt funktionieren. Ob eine Diode betroffen ist, lässt sich meist nicht zuverlässig von außen erkennen. Eine fachkundige Prüfung kann die elektrische Funktion beurteilen.
Lässt sich ein Hotspot mit bloßem Auge erkennen?+
Nicht unbedingt. Eine örtliche Erwärmung ist nicht immer sichtbar, und sichtbare Veränderungen beweisen für sich genommen keine bestimmte Ursache. Bei auffälligen Merkmalen sollte die Anlage fachlich untersucht werden.
Warum kann derselbe Schatten an verschiedenen Tagen unterschiedlich wirken?+
Sonnenstand, Lichtstärke und Dauer der Verschattung verändern sich. Dadurch können andere Zellen betroffen sein oder die übrigen Zellen unterschiedlich viel Licht erhalten. Auch die Betriebsbedingungen der Anlage spielen eine Rolle.