Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Apr
10
Erstellt von:
10.04.2011 06:50
Die Teilverschattung von Solarmodulen wird sehr oft falsch eingeschätzt, bzw. unterschätzt. Während viele Installateure großen Wert darauf legen, mit der Neigung der Solarmodule möglichst nah an das jeweilige Optimum für den betreffenden Standort heranzukommen und teilweise fragwürdige Aufständerungsorgien veranstalten, um (Schatteneffekte noch nicht berücksichtigt) am Ende vielleicht 4-5% Mehrertrag pro m² Modulfläche zu erzielen, gleichzeitig durch die Aufständerung je nach Reihenabstand wiederum gegenseitige Verschattung generieren, bleiben kleine, aber auch größere Teilverschattungen oft unbeachtet. Dabei liegen hier unvermutete, z.T. dramatische Ertragsfresser.
Bedingt durch die interne Verschaltung der Solarmodule wirken sich Teilverschattungen auf Solarmodulen vollkommen unterschiedlich aus. Um diesen Effekt einmal in der Praxis zu demonstrieren, haben wir die Kennlinie eines Standardmoduls mit 72 monokristallinen Zellen (Trina 180 Wp) gemessen und die STC Leistung ermittelt. Anschließend wurde einige Teilverschattungen simuliert und ebenfalls jeweils die Kennlinie des Moduls gemessen.
Hier die Kennlinie des unverschatteten Solarmoduls:
Hier zunächst die totale Verschattung einer Zellspalte:
…und die dazu gehörige Kennline
An der Kennlinie ist deutlich zu sehen, dass die Bypassdiode aktiv wird und den verschatteten Teil des Moduls überbrückt. Der verschattete Teil bildet zwar noch eine Spannung (die ja kaum von der Einstrahlung abhängt), sobald jedoch eine Belastung erfolgt und ein Strom fließen müsste, bricht die Spannung zusammen und die Bypassdiode wird aktiv. Die Leistung des Moduls reduziert sich erwartungsgemäß auf 2/3 der Leistung im unverschatteten Zustand.
Dann eine realistische Teilverschattung wie sie in der Praxis z.B. durch Gauben, Schornsteine oder –bei aufgeständerten Anlagen auf Flachdächern oder im Freiland – durch hintereinander stehende Modulreihen auftreten kann. Zunächst wieder das Foto …
…und dann die dazu gehörige Kennlinie.
Da hier – bei drei verschatteten Zellspalten – bereits zwei der Modulteilstränge von der Verschattung betroffen sind, reduziert sich die Leistung in diesem Fall bereits auf 31% der Leistung im unverschatteten Zustand.
Nun soll gezeigt werden, dass eine Verschattung in Querrichtung noch erheblich stärkere Leistungseinbußen zur Folge hat.
Die zugehörige Kennlinie zeigt, dass das Modul nun quasi keine Leistung mehr abgeben kann und vollständig durch seine Bypassdioden überbrückt wird.
Die letzte Messung zeigt noch einmal die Teilverschattung aller Zellteilstränge durch eine Querverschattung. Diesmal allerdings nicht als totale Verschattung sondern so wie es in der Praxis häufig vorkommt.
Die dazu gehörige Kennlinie zeigt, dass auch in diesem Fall die Leistung des Moduls quasi vollständig (auf 5,1% der Leistung im unverschatteten Zustand) zusammenbricht.
Die Messungen belegen eindrucksvoll, dass es bei der Planung von Solarstromanlagen besonders wichtig ist auf Teilverschattungen zu achten. Wenn sich diese nicht vermeiden lassen, so sollte man zumindest dafür sorgen, dass der Schatten so verläuft, dass er möglichst geringe Auswirkungen auf die Modulleistung hat. Baut man z.B. eine Anlage im Freiland oder auf einem Flachdach, bei der sich hintereinanderstehende Module gegenseitig verschatten, sollten die Module (wenn es sich um kristalline Module wie im Beispiel oben handelt) grundsätzlich quer und nicht hochkant montiert werden.
Die nachfolgenden zufällig aufgenommenen Fotos zeigen, dass die Erkenntnisse dieses Artikels offenbar noch nicht allen Planern und Installateuren bekannt zu sein scheinen…
Die Messungen wurden durchgeführt mit freundlicher Unterstützung der inek Solar AG in Bischofsheim.
Die Messprotokolle der Messungen stehen für Interessierte hier in Kürze zum Download bereit.
weiterführende Information: Teilverschattung an Photovoltaikmodulen (physikalisch-technische Details)
Derzeit 5 Kommentare
AW: Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Hallo!
Für meine Bachelorarbeit habe ich u.a. dieselben, gezeigten Versuche durchgeführt und mit dem Kennlinienanalysator von TRITEC gemessen. Nun bin ich zufällig auf Ihre Seite gestoßen. Die Teilverschattung führte ich jedoch nicht mit einem lichtundurchlässigen Karton, sondern mit einer Folie mit einem Transmissionsgrad von ca. 17% durch. Bei der Verschattung der Zellspalten, über welche die Bypassdioden geschalten sind, konnte auch ich schön beobachten, wie sich die Modulleistung erst um 1/3, dann um 2/3 reduziert. Bei der Verschattung des gesamten Moduls müssten demnach alle 3 Bypassioden agieren und die Gesamtleistung 0 W betragen. Bei einem 170 W Modul habe ich jedoch noch einen Leistungswert von ca. 25 W. Wie kann das zustande kommen? Prozentmäßig würde ich bei der Rechnung 25 W / 170 W ca. auf die Transmission der Folie kommen. So weit so gut. Aber eigentlich müssten ja alle 3 Bypassdioden aktiv sein und das Ergebnis 0 W lauten. Wer kann mir helfen?
Gruß, Mario
Von Mario am
26.08.2011 08:26
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AW: Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Hallo Mario,
wenn man nur ein Einzelmodul misst, können nicht alle drei Bypassdioden leitend werden. Das geht nur wenn andere Module, die noch mehr Strom treiben können im Strang sind und die Last (Widerstand oder Wechselrichter) dazu in der Lage ist, die Spannung soweit herunter zu ziehen, dass das verschattete Modul keinen Spannungsbeitrag zur Gesamtspannung des Stranges mehr liefern muss.
Mit dem Trika haben Sie schlicht die Peakleistung eines Modules gemessen bei dem alle drei Teilstrings verschattet sind. Auch die teilverschatteten Strings liefern ja noch einen kleinen Strom. Die Bypassdioden werden nur aktiv wenn ein Teilstrang mehr Strom liefern kann als die anderen. Es werden bei einem Einzelmodul nie mehr als 2 Bypassdioden gleichzeitig aktiv.
Vielleicht ist auch dieser Artikel in dem Zusammenhang interessant: www.photovoltaikbuero.de/PVBueroBlog/tabid/128/EntryId/148/Teilverschattung-an-Photovoltaikmodulen-Teil-1.aspx#506
Gruß pvbuero
Von Matthias Diehl am
26.08.2011 08:35
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AW: Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Vielen Dank für die Antwort!
Gruß, Mario
Von Mario am
05.09.2011 13:12
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AW: Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Hallo,
der Beitrag veranschaulicht einfach und praktikabel die Problematik der Teilverschattung. Aus rein theoretischer Betrachtung bin ich auch zu diesem Schluss gekommen, kristalline Module quer zu installieren. Auf Flachdächern wird dies auch im Wesentlichen praktiziert. Jedoch ist mir keine Freifläche bekannt, hier wird immer hochkant montiert, Warum? Aus Kosten Gründen? Gibt es spezielle Module in dem die Bypassdioden auf der langen Seite integriert werden?
Viele Grüße
Gerd
Von Gerd am
17.11.2011 23:47
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AW: Teilverschattung bei Solarmodulen (Messungen)
Hallo Gerd,
"Jedoch ist mir keine Freifläche bekannt, hier wird immer hochkant montiert, Warum?"
meist aus Unwissenheit.
"Gibt es spezielle Module in dem die Bypassdioden auf der langen Seite integriert werden?"
Die gibt es in der Tat. Einige Hersteller haben die Bypassdioden an der Seite angebracht und sichern nicht die Zellspalten sondern die Zellzeilen.
Das ist aber sehr selten.
Gruß pvbuero
Von Matthias Diehl am
18.11.2011 09:45
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