Ein Kaminschatten, der über zwei Module wandert, eine Birke im Nachbargarten, eine Satellitenschüssel an der Gaube: Verschattung ist auf Münchner Dächern eher die Regel als die Ausnahme. Sie kostet Ertrag, aber oft weniger als befürchtet – vorausgesetzt, die Anlage ist darauf ausgelegt. Umgekehrt kann ein kleiner Schatten an der falschen Stelle überproportional viel kosten, wenn die Verschaltung nicht passt.
Um zu verstehen, warum das so ist, lohnt ein Blick auf die Elektrik im Modul und im String.
Warum ein kleiner Schatten große Wirkung haben kann
Solarzellen im Modul sind in Reihe geschaltet, Module im String ebenfalls. In einer Reihenschaltung fließt überall derselbe Strom. Liefert eine verschattete Zelle weniger Strom, begrenzt sie den gesamten Strang – ähnlich wie ein Knick in einem Gartenschlauch den Durchfluss für den ganzen Schlauch bestimmt.
Schlimmer noch: Die verschattete Zelle wird von den anderen in Sperrrichtung betrieben und setzt die aufgezwungene Leistung in Wärme um. Es entsteht ein sogenannter Hotspot. Ohne Schutzmaßnahmen könnte die Zelle dabei so heiß werden, dass Folie und Laminat dauerhaft geschädigt werden.
Bypass-Dioden: der eingebaute Schutz
Jedes kristalline Modul hat in der Anschlussdose meist drei Bypass-Dioden. Jede überbrückt eine Gruppe von Zellen. Fällt in einer Gruppe die Leistung stark ab, leitet die Diode den Strom an ihr vorbei. Die Gruppe fällt dann vorübergehend aus, die übrigen Zellgruppen arbeiten weiter, der Hotspot wird vermieden.
Bei Halbzellenmodulen ist das Modul zusätzlich in eine obere und untere Hälfte geteilt, die parallel arbeiten. Wandert ein Schatten von unten ins Modul, bleibt die obere Hälfte länger voll aktiv. Das ist ein Grund, warum die Einbaulage – hochkant oder quer – bei bekannter Schattenrichtung eine Rolle spielt.
Bypass-Dioden verhindern also Schäden und begrenzen den Verlust. Sie können aber nicht verhindern, dass bei jedem aktivierten Bypass rund ein Drittel der Modulspannung fehlt. Sind in einem String mehrere Module teilverschattet, sinkt die Stringspannung merklich.
Was der Wechselrichter dazu beiträgt
Die Leistungskurve eines teilverschatteten Strings hat mehrere lokale Maxima. Ein moderner Wechselrichter mit Schattenmanagement tastet die Kurve regelmäßig ab und findet das globale Maximum. Ältere oder einfache Geräte bleiben bisweilen an einem lokalen Maximum hängen und verschenken Leistung. Außerdem lassen sich Module mit ähnlichem Schattenverlauf auf einen eigenen MPP-Tracker legen, damit sie die übrigen Strings nicht beeinflussen. Die Unterschiede der Geräteklassen beschreibt der Beitrag Wechselrichter-Arten.
Leistungsoptimierer: Regelung pro Modul
Optimierer sind kleine Gleichspannungswandler, die unter jedem Modul (oder je zwei Modulen) sitzen. Sie holen aus jedem Modul dessen eigenes Leistungsmaximum heraus und passen Spannung und Strom so an, dass das verschattete Modul die anderen im String nicht mehr bremst. Nebeneffekte: Monitoring auf Modulebene und bei einigen Systemen eine Abschaltung auf sichere Kleinspannung, wenn die Anlage vom Netz getrennt wird.
Optimierer haben aber auch Nachteile:
- Zusätzliche Kosten, grob 50 bis 100 Euro je Modul inklusive Montage, abhängig vom System.
- Mehr Elektronik auf dem Dach, die Temperaturwechseln ausgesetzt ist und ausfallen kann – der Tausch braucht Dachzugang.
- Eigenverluste von etwa 0,5 bis 1,5 Prozent, die bei unverschatteten Modulen den Nutzen übersteigen können.
- Teilweise Bindung an einen Wechselrichterhersteller.
Wann sich was lohnt: eine Einordnung
| Situation | Typischer Mehrverlust ohne Maßnahme | Empfehlung |
|---|---|---|
| unverschattetes Dach, eine Ausrichtung | keiner | String-Wechselrichter, keine Optimierer |
| zwei Dachseiten, sonst frei | gering, wenn getrennte MPP-Tracker | je Dachseite ein eigener Tracker |
| Kamin oder Antenne, Schatten auf 2–4 Modulen | ca. 1–5 % des Jahresertrags | Stringplanung anpassen, gezielt Optimierer auf den betroffenen Modulen |
| Bäume, Nachbargebäude, wechselnde Schatten über den Tag | ca. 5–15 % und mehr | Optimierer auf der ganzen Fläche oder Mikrowechselrichter prüfen |
| dauerhaft stark verschattete Teilfläche | hoch, unabhängig von Technik | Fläche weglassen |
Die Prozentwerte sind Anhaltspunkte. Wie viel Verschattung tatsächlich kostet, hängt davon ab, wann sie auftritt: Ein Schatten am Wintermorgen fällt kaum ins Gewicht, weil dann ohnehin wenig Ertrag anfällt. Derselbe Schatten an einem Juninachmittag trifft die ertragreichste Zeit.
Planung schlägt Technik
Bevor über Optimierer gesprochen wird, sollten die einfachen Mittel ausgeschöpft sein:
- Schatten erfassen: Begehung, Fotos zu mehreren Tageszeiten oder eine 3D-Verschattungssimulation mit dem Sonnenstand über das ganze Jahr.
- Module weglassen: Ein Modul, das die Hälfte des Tages im Kaminschatten liegt, bringt oft weniger, als es an anderer Stelle kostet.
- Strings geschickt bilden: Module mit ähnlichem Schattenverlauf zusammenfassen und auf einen eigenen MPP-Tracker legen.
- Modulausrichtung wählen: Hochkant oder quer so, dass Schatten möglichst nur eine Modulhälfte trifft.
- Erst dann Elektronik: Optimierer gezielt auf die Module setzen, die es brauchen.
Bei Ost-West-Dächern ist zu beachten, dass die Morgen- und Abendsonne besonders flach steht und Schatten entsprechend lang werden. Mehr zum Thema Ausrichtung finden Sie im Beitrag Ost-West oder Südausrichtung. Auch Schnee wirkt übrigens wie eine Teilverschattung, wenn er nur einen Teil der Modulfläche bedeckt – siehe Photovoltaik im Winter und bei Schnee.
Wenn die Anlage schon läuft
Bei Bestandsanlagen zeigt das Monitoring oft, ob Verschattung ein Problem ist: charakteristische Einbrüche zu immer gleichen Uhrzeiten, die sich mit dem Sonnenstand über die Monate verschieben. Neue Schattenquellen, etwa ein gewachsener Baum, sind ein häufiger Grund für schleichende Ertragsrückgänge. Ursachen und Vorgehen beschreibt der Beitrag PV-Anlage bringt zu wenig Ertrag. Gezieltes Nachrüsten von Optimierern auf einzelnen Modulen ist bei vielen Systemen möglich, muss aber zum vorhandenen Wechselrichter passen.
Wir planen Verschattung für Neuanlagen mit Simulation und begründen, wo Optimierer sinnvoll sind und wo nicht. Bei bestehenden Anlagen prüfen wir im Rahmen von Wartung und Service, ob sich eine Nachrüstung rechnet. Anfrage stellen
