Verschattung und Photovoltaik-Potenzial

Der jährliche Ertrag einer Photovoltaikanlage hängt unmittelbar von der Sonnenstrahlung ab, die ihre Solarmodule empfangen.

Informationen dazu sind zugänglich dank Wetterdatenbanken, die aus Bodenmessungen oder Analysen von Satellitenbildern stammen. Aus zwei Gründen ist aber der Inhalt dieser Datenbanken nicht komplett:

Die darin enthaltenen Daten beziehen sich nur auf die Sonnenstrahlung, die von einer horizontalen Ebene empfangen ist. Die Solarmodule sind zumeist geneigt, auch in äquatornähen Breiten, wo sie vorzugsweise geneigt werden sollen, um deren Reinigung durch Regenwasserabfluss zu begünstigen. Bei dieser geneigten Ebene können die Daten zur Sonnenstrahlung anhand einer Berechnung, die die verschiedenen Sonnenstände im Jahresverlauf berücksichtigt, abgerufen werden.

Der zweite Grund, und dabei das Artikelthema, bezieht sich darauf, dass die Module zu bestimmten Zeitpunkten des Jahres abgeschattet werden können.

„Die Fernverschattung besteht aus dem Relief, das die betroffene Anlage umgibt.“

Zwei Arten der Verschattung sind zu unterscheiden: die Fernverschattung und die Nahverschattung.

Von Fernverschattung ist die Rede, wenn die Schwankung der Verschattung unabhängig vom berücksichtigten Modul der Anlage als niedrig betrachtet werden kann. Das bedeutet, dass alle Solarmodule gleichzeitig bestrahlt oder abgeschattet werden. Folglich ist es unmöglich, dass es zur gleichen Zeit abgeschattete PV-Module sowie andere PV-Module gibt, die direkte Sonnenstrahlung empfangen. Die Fernverschattung besteht aus dem Relief, das die betroffene Anlage umgibt. Obwohl sie im Flachland oft unbedeutend ist, kann ihr Einfluss in den Bergen doch erheblich sein, insbesondere am Talboden. Folgende Abbildung repräsentiert die Fernverschattung in Chamonix. Bei einer solchen Verschattung beträgt der jährliche Verlust dieser empfangenen Sonnenstrahlung (in optimalen Fällen) circa 15 %.

Fernverschattung in Chamonix (archelios™ PRO)

Anhand dieser Abbildung ist es zu sehen, dass der Verlust im Winter, wobei die Sonne niedrig am Horizont steht, viel bedeutender ist als im Sommer. Bei Anlagen, die ausschließlich des Stromverkaufs dienen, ist nur der jährliche Verlust zu beachten. Was hingegen Eigenverbrauchssysteme (an das Stromnetz angeschlossen) oder Inselanlagen angeht, muss der größere winterliche Verlust bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.

Die Fernverschattung wurde lange mit einem Klinometer oder Tools zur Bildanalyse ermittelt. Heute kann sie auch mithilfe topografischer Daten berechnet werden. Die Anwendung archelios™ PRO ermöglicht gerade diese Berechnung auf der ganzen Welt anhand SRTM-Daten (Shuttle Radar Topography Mission) der NASA, deren Auflösung 100 m beträgt.

Die Nahverschattung setzt voraus, dass die zu einem bestimmten Zeitpunkt empfangene Sonnenstrahlung je nach dem berücksichtigten Solarmodul der Anlage unterschiedlich ist. Die Nahverschattung kann „intern“ sein und bspw. durch Modulreihen oder kleine Elemente auf Dächern verursacht werden. Sie kann sonst „extern“ sein und bspw. durch Bäume oder umliegende Gebäude verursacht werden.

Die genaue Berücksichtigung der „externen“ Nahverschattungen erfordert eine 3D-Modellierung. Dank eines Plug-ins, das in der 3D-Software SketchUp verfügbar ist, ermöglicht archelios™ PRO, verschiedene bestehende Hindernisse zu integrieren und deren Auswirkungen auf die Module anzusehen.

Bewertung des Solarpotenzials am Modul

Es ist möglich, die Module nach Stufe der empfangenen Sonnenstrahlung zu filtern, um nur die am meisten ausgesetzten Module zu berücksichtigen.

Filtern der Module je nach jährlicher empfangener Sonnenstrahlung

„Eine Modulreihe wird stark beeinflusst, sobald die Verschattung auf eine der Solarmodule wirkt.“

Bei diesem Schritt besteht die zeitraubendste und mühsamste Aufgabe darin, die 3D-Umgebung der Anlage zu modellieren. SketchUp ist einfach zu verwenden. Es muss aber noch bestimmt werden, welche Maß für die bestehenden Hindernisse anzugeben ist. Natürlich ist ein Gutachten vor Ort möglich, aber lang.

Die Auswirkung der Verschattungen sollte nicht nur durch Berechnung der durchschnittlichen Sonnenstrahlung, die die Solarmodule empfangen, festgestellt werden, es sei denn, dass nur die Solarmodule, die gar nicht durch Verschattungen betroffen sind, zu berücksichtigen sind. Je nach Erheblichkeit der Verschattungen und Art und Weise, wie die Solarmodule aneinander angeschlossen sind, ist der Einfluss auf den Ertrag nämlich nicht zu vernachlässigen: Eine Modulreihe wird stark beeinflusst, sobald die Verschattung auf eine der Solarmodule wirkt. Für eine mit Mikrowechselrichtern oder Leistungsoptimierern ausgerüstete Anlage ist die Teilverschattung unwirksam sowie mehr oder weniger erheblich nach der vom Projektplaner ausgewählten Verkabelung. Dank hoch entwickelter Verkabelungsfunktionen können die Benutzer von archelios™ PRO mehrere Verkabelungskonfigurationen schnell testen und vergleichen.