Verschattung an PV-Modulen: Warum aus Schatten dauerhafte Schäden werden

Ein Baum, der über die Jahre in die Anlage hineinwächst, gilt vielen Betreibern als Schönheitsfehler: ein bisschen weniger Ertrag, mehr nicht. Tatsächlich ist wiederkehrende Teilverschattung eine der häufigsten Ursachen für dauerhafte Zellschäden an Photovoltaikanlagen.

Der Befund

Das folgende Thermogramm zeigt eine Aufdachanlage, deren rechter Bereich von angrenzendem Baumbewuchs verschattet wird. Erkennbar sind sowohl der Schattenwurf selbst als auch einzelne helle Punkte innerhalb der Modulfläche.

Der entscheidende Punkt liegt in der Verteilung: Ein Teil der auffälligen Zellen befindet sich in voller Besonnung. Diese Unterscheidung ist für die Bewertung zentral.

Warum eine verschattete Zelle heißer wird, nicht kühler

Der Effekt widerspricht der Intuition. Weniger Licht müsste weniger Wärme bedeuten. In der Reihenschaltung eines Solarmoduls gilt jedoch das Gegenteil.

Alle Zellen eines Moduls sind hintereinander geschaltet, durch die Reihe fließt zwangsläufig überall derselbe Strom. Eine verschattete Zelle kann diesen Strom nicht mehr selbst erzeugen. Die übrigen Zellen drücken ihn dennoch hindurch, wodurch die verschattete Zelle in Sperrrichtung gerät. Sie wechselt vom Erzeuger zum Verbraucher und setzt die Leistung der anderen Zellen in Wärme um.

Die Größenordnung ist erheblich. Bei einem Modulstrom von etwa zehn Ampere und einer Sperrspannung von zehn bis zwölf Volt werden über hundert Watt in einer einzigen Zelle von der Größe einer Handfläche in Wärme umgesetzt. Temperaturen von 100 bis 150 Grad sind in solchen Hotspots keine Seltenheit.

Teilverschattung ist gefährlicher als Vollverschattung

Diese Aussage klingt paradox, hat aber eine klare Ursache. Wird eine Zelle vollständig abgedeckt, bricht der Strom im gesamten String zusammen. Weniger Strom bedeutet weniger Verlustleistung, die Erwärmung bleibt begrenzt.

Bei einer halb verschatteten Zelle fließt dagegen noch nahezu der volle Strom, während die Zelle ihn bereits nicht mehr liefern kann. Genau in diesem Bereich liegt das Maximum der Verlustleistung. Damit ist der weiche, fleckige Schatten eines Baumes das ungünstigste Szenario – ein harter Vollschatten, etwa durch einen Schornstein, ist vergleichsweise harmlos.

Warum die Bypass-Diode nicht immer schützt

Solarmodule sind mit Bypass-Dioden ausgestattet, die genau diesen Fall abfangen sollen. Ein Standardmodul hat drei davon, jede überbrückt etwa zwanzig Zellen.

Der Schutz greift jedoch erst, wenn ein vollständiger Substring betroffen ist. Eine einzelne verschattete Zelle löst die Diode nicht aus. Sie läuft ungeschützt in die Rückwärtsbelastung, und genau daraus entstehen die dauerhaften Schäden: Delamination der Einbettungsfolie, Verfärbungen und schließlich der irreversible Zellausfall.

Kommt eine defekte Bypass-Diode hinzu, entfällt der Schutz vollständig. Liegen auf einer Anlage beide Befunde vor, sollten sie deshalb immer gemeinsam betrachtet werden.

Der entscheidende Unterschied: Betriebszustand oder Schaden

Eine Zelle, die heiß ist, während sie im Schatten liegt, zeigt lediglich den momentanen Betriebszustand. Verschwindet der Schatten, arbeitet sie wieder normal. Es liegt kein Schaden vor.

Eine Zelle, die heiß ist, obwohl sie voll besonnt ist, lässt sich damit nicht erklären. Solarzellen kühlen innerhalb weniger Minuten ab, ein Nachlauf vom weitergewanderten Schatten scheidet als Ursache aus. Hier ist bereits eine dauerhafte Beeinträchtigung eingetreten.

Bei der Auswertung wird deshalb geprüft, wie sich die auffälligen Zellen zum aktuellen Schattenbereich verhalten. Ergänzend lässt sich der Befund über eine zweite Aufnahme bei anderem Sonnenstand absichern: Reflexionen und reine Verschattungseffekte wandern mit dem Blickwinkel, ein echter Zellschaden bleibt ortsfest.

Was Betreiber tun sollten

Die wirksamste Maßnahme ist der Rückschnitt des verursachenden Bewuchses. Alles andere behandelt Symptome.

Bereits geschädigte Zellen erholen sich nicht. Ein Riss im Silizium wächst nicht wieder zusammen, ein delaminierter Bereich wird nicht rückgängig. Betroffene Module müssen ausgetauscht werden, wenn der Ertragsverlust den Aufwand rechtfertigt.

Sinnvoll ist außerdem eine Kontrolle der zunächst nicht beurteilbaren Bereiche. Module, die zum Aufnahmezeitpunkt im Schatten lagen, konnten nicht bewertet werden – das bedeutet ausdrücklich nicht, dass sie unbeschädigt sind. Wann eine Untersuchung sinnvoll ist, erläutert der Beitrag Wann macht eine Solar Thermografie Sinn?

Häufige Fragen