Ein Test

Was die Verschattung von Solarpanels betrifft, gibt es viele Meinungen, aber wie ich feststellen mußte, wenig echtes Wissen.
Die meisten sagen oder schreiben: „Verschattung von Panels, ganz schlimme Sache, unbedingt vermeiden“.

Was da wirklich dran ist, habe ich einmal selbst getestet. Ich habe ein neues Polykristalines Modul von URE mit 280W genommen, in die Sonne gestellt und ein Strommessgerät angeschlossen, das den Kurzschlussstrom misst.

Als erstes möchte ich Testen, wie die Verschattungsresistenz der Module aussieht. Verschattung ist ja immer so ein Thema, aber ich habe keine wirklich belastbaren Informationen darüber bekommen, wie es aussieht, wenn ein Modul von Bäumen diffus verschattet wird. Also teste ich das mal.
Ich habe ein Modul in die Sonne gestellt und und es teilweise mit einer Pappmaske verschattet, um Blätter von Bäumen zu simulieren.
Da alle Zellen innerhalb eines Moduls in Reihe geschaltet sind, ist die Komplettveschattung einer Zelle tötlich für die Stromproduktion des Gesamtmoduls. Die verschattete Zelle wird hochohmig und sperrt den gesamten Stromfluss innerhalb des Moduls.

Im Solarpanel sind 60 Solarzellen in Reihe verschaltet. Die Leistung einer Solarzelle ist maximal etwa 0,55V und 9,25A (Kurzschlussstrom). Das ergibt eine Gesamtspannung von 32,9V. Die Leistung eines Solarpanels ist maßgeblich davon abhängig, wie hoch der Innenwiderstand des Panels ist. Wird das Modul hochohmiger, dadurch das eine Zelle verschattet wird, können die restlichen Zellen noch so gut Strom produzieren, das Modul kann sie nicht mehr abgeben. Dies ist die Problematik der Verschattung.
Das heißt, wenn eine Zelle hochohmig wird und das ist der Effekt bei Verschattung, wirkt sich das Schaltungstechnisch auf die Panel Gesamtleistung aus.

Die Frage ist aber: Was passiert, wenn eine Zelle teilverschattet ist?

Fleckentest

Der unverschattete Strom des Moduls beträgt 5,45A.
Ich habe aus Pappe einige Rechtecke ausgeschnitten und auf die Zellen geklebt. Unten sind 2 Tests zu sehen, im linken Bild ist jede zehnte Zelle verschattet. Der Strom beträgt 3,83A, das sind noch etwa 70% der ursprünglichen Leistung.
Im Rechten Bild sind 9 Zellen verschattet, (das ist mehr als links), im Unterschied zum linken Beispiel aber direkt hintereinander. Der Strom beträgt 5,22A, das sind über 95% der ursprünglichen Leistung, nur 5% Minderung!

Im nächsten Test sind die Module mit Streifen verschattet.Test. Das Ergebnis ist ähnlich wie im obrigen Test!

Woran liegt dieser merkwürdige Effekt?
Des Rätsels Lösung sind Bypassdioden, die intern im Panel verschaltet sind. Bypassdioden „überbrücken“ vereinfacht gesagt, hochohmige Teile des Solarpanels. In der Regel sind 3 Dioden verbaut, die jeweils 20 Zellen überbrücken können.
Im linken Test sind alle 3 Dioden aktiv, was den hohen Leistungsverlust erklärt.
Im rechten Beispiel ist nur eine Diode aktiv, der Stromverlust ist minimal.

Dieser Test ist allerdings etwas irreführend, weil wir nur den Kurzschlussstrom messen! Da hierbei die Spannung des Moduls nicht berücksichtigt wird, ist der Leistungsverlust viel höher, da Leistung = Strom * Spannung ist!
Im rechten Test haben wir einen Stromverlust von nur 5%, die Bypassdiode überbrückt aber ein Drittel der Solarzellen, so daß die Spannung um etwa ein drittel geringer ist. Das dürfte einen Leistungsverlust von annähernd 33% bedeuten.
Im linken Test haben wir einen Stromverlust von 30%, da der Innenwiederstand aller 3 Teilstränge im Modul aber in etwa gleich sein dürfte, wird keine Bypassdiode aktiv!
Eine Stromreduzierung von 30% lässt darauf schließen, das ich der Innenwiderstand um 30% erhöht hat. Die die Spannung des Moduls annähernd gleich geblieben sein dürfte, können wir genau wie im rechten Test auch mit einer Leistungsreduktion von etwa 33% rechnen!

Ich habe die Tests mit einem Panel durchgeführt, werden mehrere Panels in Reihe geschaltet (ein „String“), ergibt sich noch eine andere Problematik:
Rechter Test: Die Spannung des Moduls hat sich im 1/3 reduziert, der Innenwiderstand ist aber in etwa gleich geblieben. Somit wird diese Situation kaum Auswirkungen auf den String haben.
Linker Test: Der Innenwiderstand eines Moduls hat sich erhöht, so daß sich der gesamte Strom des Strings reduziert. Die Gesamtleistung des Strings reduziert sich um 30%!

Lochblechtest

Der nächste Test:
Ich habe das Modul mit einem Lochblech abgedeckt.
Der Strom beträgt 2,27A, das ist eine Reduktion auf 41% des Ursprungsstroms. Das entspricht recht genau dem Prozentsatz der offenen Fläche des Lochblechs.
Wenn wir annehmen, das die Panelspannung gleich geblieben ist, also ein Leistungsverlust von 59%

Sind alle Module in einem String gleich diffus verschattet, ist das wie oben bereits erklärt, kein Problem. Der Effekt ist der gleiche, als wäre die Sonneneinstrahlung eben geringer. Wenn nur ein Modul verschattet ist und die anderen Module im String nicht, reduziert sich die Leistung auf das Niveau des verschatteten Moduls!

Fazit

Einfach mal zu testen, wie sich in der Realität die Verschattung auswirkt, hat mir mehr Klarheit gebracht. Ich hoffe Dir ging es ähnlich. Bei Fragen, bitte ich um einen Kommentar!