Schatten kann Solaranlagen schaden

Photovoltaik-Module werden immer häufiger in Bauelemente von Dächern oder Fassaden integriert. Ein Team der École Poly­technique Fédérale de Lausanne in der Schweiz um den Physiker Alessandro Virtuani hat jetzt erstmals untersucht, wie langlebig solche Systeme sind. Dabei stellte sich heraus, dass ungünstiger Schatten­wurf ein Problem sein kann. Die Forscher haben die Leistung von 55 kleinen, in der Schweiz instal­lierten Systemen analysiert, die in das Dach integriert sind. Sie waren alle bereits zwischen fünf und zehn Jahren in Betrieb.

In diesem Zeitraum konnten die Forscher über alle Anlagen gemittelt keinen wesentlichen Leistungs­abfall fest­stellen. Einzelne Anlagen schnitten aber trotzdem deutlich schlechter ab – eine genauere Auswertung zeigte, dass dies teilweise mit der Beschattung einzelner Module zusammen­hing. Für diese Unter­suchung setzte das Team einen eigens dafür entwickelten Algorithmus ein, der die Intensität der Beschattung unter Einbezug von Wetter- und Leistungs­daten automatisch quanti­fi­ziert.

„In Gebäude integrierte Solaranlagen können im Gegensatz zu frei­stehenden Anlagen nicht optimal ausgerichtet werden“, so Virtuani. Deshalb ließe sich nicht verhindern, dass beispielsweise Kamine, Antennen oder benachbarte Bäume ständig oder immer wieder Schatten auf einzelne Module werfen. Das reduziert nicht nur die Leistung der Solarzellen teilweise sehr stark, sondern kann auch dazu führen, dass sie schneller altern. Denn wenn bei in Reihen verschalteten Modulen einige in der Sonne und einige im Schatten liegen, so erhöht sich der elektrische Widerstand in den beschatteten Zellen – sie können sich dadurch lokal auf über hundert Grad Celsius erhitzen und beschädigt werden.

In freistehenden Anlagen wird der Strom deshalb bei Bedarf durch eine Bypass-Diode automatisch um beschattete Zellen herum­ge­leitet. Bei in Gebäude integrierten Modulen, die ständig oder immer wieder im Schatten liegen, können diese Dioden jedoch auf lange Sicht Schaden nehmen, da sie nicht auf einen so häufigen Einsatz ausgelegt sind.

„Diese Ergebnisse machen deutlich, wie wichtig die Entwicklung von innovativen Lösungen ist, durch die Belastung und Überhitzung bei Schatten­wurf verringert werden“, sagt Virtuani. Er will seine Untersuchungs­methode nun verfeinern und in den nächsten Jahren Hunderte von Anlagen analysieren um noch robustere Daten zu erhalten und längere Zeiträume abzudecken. Schließlich sollte eine Solar­anlage idealer­weise dreißig Jahre oder noch länger zuverlässig erneuerbare Energie produzieren.

SNF / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. Fairbrother et al.: Long-Term Performance and Shade Detection in Building Integrated Photovoltaic Systems, RRL Solar 2021, 2100583 (2021); DOI: 10.1002/solr.202100583
• Photovoltaics and Thin-Film Electronics Laboratory, Institute of Electrical and Micro Engineering , École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Neuchâtel, Schweiz