Schattenanalyse

Eine Schattenanalyse (auch Verschattungsanalyse) ist eine computergestützte oder sensorische Untersuchung zur Erfassung von temporären und permanenten Schattenwürfen auf Photovoltaik-Modulen. Ziel ist die exakte Vorhersage von Ertragsminderungen, die durch standortbezogene Hindernisse im Sonnenverlauf entstehen.

Funktionsweise und Methoden

1. 3D-Gebäudesimulation: Digitale Modellierung des Montageorts inklusive Dachgauben, Schornsteinen, Nachbargebäuden und Vegetationsbeständen.
2. Sonnenstandsdaten: Verknüpfung der 3D-Geometrie mit standortspezifischen Sonnenbahnkurven (Azimut- und Elevationswinkel) für 8.760 Jahresstunden.
3. Ertragsberechnung: Differenzierte Ermittlung von Direkt- und Diffusstrahlung sowie Berechnung der Modulminderung pro String.

Wesentliche Parameter

• Horizontlinie: Berücksichtigung entfernter Höhenzüge oder Baumreihen
• Verschattungsgrad: Prozentualer Verlust der Globalstrahlung auf die Modulfläche (Zielwert: < 2 % im Jahresmittel)
• Mismatch-Verluste: Leistungsabfall des gesamten Modulstrangs durch die Schwächung einzelner Solarzellen

Die Schattenanalyse ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Fachplanung von Photovoltaikanlagen auf Schrägdächern, Flachdächern und Freiflächen. Sie entscheidet über die Wirtschaftlichkeit und technische Systemarchitektur einer PV-Anlage.

Relevanz besitzt das Verfahren bei:

• Modulbelegungsplanung: Identifikation und Ausschluss unrentabler Dachbereiche
• Stringverschaltung: Gruppierung von Modulen mit identischem Verschattungsprofil auf separate Tracker
• Komponentenauswahl: Wahl zwischen Standard-Wechselrichtern, Hybridwechselrichtern mit dynamischem Schattenmanagement, Moduloptimierern oder Mikro-Wechselrichtern

In der professionellen Anlagenplanung kommen spezialisierte Simulationswerkzeuge (z. B. PV*SOL, SolarEdge Designer) sowie Drohnenvermessungen mit LiDAR-Scandaten zum Einsatz.

Technische Gegenmaßnahmen bei Verschattung

• Bypass-Dioden: Überbrücken verschattete Zellstränge innerhalb des Moduls, um Hotspots zu verhindern.
• Multi-MPP-Tracking: Wechselrichter steuern verschattete und unverschattete Strings unabhängig voneinander auf dem globalen Maximum Power Point (GMPP) an.
• Leistungsoptimierer (DC/DC-Wandler): Ermöglichen die Einzelmodulregelung, sodass ein verschattetes Modul nicht die Leistung des restlichen Strings limitiert.

• Nur Sommerstand bewerten: Ein Verzicht auf die Wintersimulation führt zu gravierenden Fehleinschätzungen, da die Sonne bei tiefem Stand deutlich längere Schatten wirft.
• Pauschalierung linearer Verluste: 10 % Teilverschattung eines Moduls führt bei schlechter Schaltung nicht zu 10 %, sondern oft zu über 50 % Leistungsverlust im gesamten String.
• Vernachlässigung von Baumwachstum: Junge Bäume im Süden oder Westen werden häufig mit ihrem Ist-Zustand statt mit ihrer Endwuchshöhe kalkuliert.