Abschattung von PV Zellen, Modulen und Strings und der Verschaltung ist hochgradig Praxis relevant.
In der echten Strominsel noch relevanter, weil es um die automatische Blei-Säure-Akku Wartung geht und
auch z.B. den Unterschied macht ob ich das Kaffeewasser morgens mit Gas oder Strom heiß mache.
Abschattung entsteht
idealerweise nur durch die Sonne und den Horizont. Ganz falsch ist es wenn Solarmodule sich sogar selbst abschatten auch wenn es nur manchmal und nur wenig ist. Schnee ist auch eine Form der Abschattung. Aber auch Bäume und andere Bauten oder Hügel in der Nähe oder weiter entfernt produzieren Schatten.
Die Kenntnis über die Abschattung und deren Effekte machen auch bei Netzanbindung beim Einspeisen einen Unterschied. Fehler hier kosten immerhin nur Geld und nicht den Verzicht auf den heißen Kaffee
oder den frühen Austausch des Akkus.
Weil wir es hier gewohnt sind auch die technischen Hintergrund zu beleuchten und wir das auch können
fange ich mal an das technische Problem zu erklären. Bevor wir dann später auf Handlungsoptionen kommen.
Reihenschaltung:
Aufgrund der geringen Spannung werden meist 60 oder 72 Zellen in Reihe zu einem Modul geschaltet. Mehrere in Reihe geschalteten Module bilden einen sogenannten
String. Würde
nur eine Zelle keinen Strom liefern (Abschattung) würde der
gesamte String keinen Strom liefern!
Aus diesem Grund sind in den Anschlüssen der Module Bypass Dioden (meist schottky) verbaut. Hierdurch wird das ausgefallene Modul überbrückt (zu Lasten von 0.3V Spannungsabfall) und die String Spannung ist geringer. MPPT Regler gleichen das aus, solange wie die Spannung noch hoch genug ist.
Jetzt neu für mich ist sogar, dass in den Modulen selbst Bypass Dioden drin sind. Aufgrund der Geringen Spannung der Solarzelle müssen
mehrere Zellen in Reihe
eine Bypass Diode verwenden. Das hat Einfluss auf die Auswirkung der Abschattung. Werden Zellen abgeschattet welche dieselbe Bypass Diode haben, so fallen nur diese Zellen bei der Stromproduktion aus. Wird in jedem Strang je eine Zelle abgeschattet, fallen quasi alle Stränge des Moduls aus.
Parallelschaltung:
Eine Solarzelle produziert etwa 0.5V .. 0.6V Spannung. Die Spannung ist relativ konstant und recht unabhängig von der Licht Strahlung. Der Strom hingegen ist fast linear abhängig von der Strahlung. Wir betrachten bei der IU Kennlinie der Solarzelle normalerweise nur den ersten Quadranten, wo Strom (Y) und Spannung (X) positiv sind. Lege ich an eine komplett abgeschattete Solarzelle eine Spannung an, dann wird der
Strom negativ, die Zelle verbraucht Strom und hat ein Silizium Dioden Kennlinie, wirkt also komplett wie eine Diode in Flussrichtung mit 0,7 V Spannungsabfall und steiler Stromkurve.
Dieser Effekt wird z.B. versucht zu Nutzen um mit Energie Schnee Schmelzen zu lassen. Das rechnet sich irgendwie (noch) nicht um daraus Business zu machen.
Schaltet man ein teilweise abgeschattetes Modul gleicher Bauart parallel mit einem anderen Modul. Liefert das abgeschattete Modul eine geringere Spannung und geringeren Strom. In gewissen Grenzen kann ein MPPT Regler das ausgleichen, indem er die Spannung reduziert, das andere Modul Richtung Kurzschluss betreibt, so dass auch im verschatteten Modul Strom fließen kann. Dadurch wird das andere Modul nicht mehr optimal effizient genug genutzt. Gelingt das nicht, fällt der komplette abgeschattete Strang aus.
Grüße