Schatten kann Solaranlagen schaden
Nicht nur die Leistung sondern auch die Lebensdauer reduziert sich möglicherweise.
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.
![Abb.: Schattenwurf reduziert nicht nur die Leistung von in Gebäude...](/media/story_section_image/8162/img-01-211216-schatten-kann-solaranlagen-schaden-snf.jpg)
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