Grob geschätzt reduziert sich die Leistung einer Solarzelle bei bedecktem Himmel auf 10 bis 20 Prozent, ähnlich verheerende Wirkung kann eine Teilabschattung haben. Dabei spielt allerdings die Größe und Art des Schattens eine Rolle. Ein diffuser, aber großflächiger Schatten, etwa durch ein Segel, wirkt wie Bewölkung und reduziert die Leistung dementsprechend um rund 80 Prozent.
Der schmale, ebenfalls diffuse Schatten eines Stags kostet dagegen kaum Leistung, während der harte Schatten des Großbaums oder einer Relingsstütze die Stromproduktion fast vollständig stoppen kann, obwohl nur eine Ecke des Moduls betroffen ist.
Dieses Verhalten ist in den Eigenschaften der Solarzellen und ihrer Verschaltung im Modul begründet. Eine einzelne Zelle liefert etwa 0,5 Volt. Um auf die für ein 12-Volt-System nötige Spannung zu kommen, werden mehrere Zellen als String in Reihe geschaltet.
Verschattungsproblem durch Bypassdioden verringern?
Problem dabei: In einer Reihenschaltung begrenzt die schwächste Zelle den Strom des gesamten Systems. Ist also eine Solarzelle verschattet, liefert das Modul nur so viel Strom, wie diese Zelle noch produziert. Ein größerer diffuser Schatten betrifft dabei mehrere Zellen, verringert ihre Leistung aber weniger als ein harter Schatten, der eine Zelle komplett zusammenbrechen lässt. Eine wirkliche Lösung für das Problem gibt es nicht, denn um die nötige Spannung zu erreichen, führt an der Reihenschaltung kein Weg vorbei. Häufig wird argumentiert, dass man das Verschattungsproblem durch sogenannte Bypassdioden verringern könne.
Diese Dioden werden parallel zu den Solarzellen geschaltet und funktionieren stark vereinfacht wie ein Ventil. Solange die Solarzellen die volle Spannung liefern, sind die Dioden gesperrt. Fällt die Spannung der Zellen durch Verschattung ab, öffnet die Diode und überbrückt die verschatteten Zellen, sodass der Rest des Moduls weiterhin Strom liefern kann. In der Praxis ist dieser Effekt gering, da das restliche Paneel ohne die verschatteten Zellen auch weniger Spannung liefert.
Überhitzung der Solarmodule kontrollieren
Wesentlich wichtiger sind die Bypassdioden, um Hotspots zu vermeiden. So nennt man die Überhitzung abgeschatteter Zellen. Kann eine Zelle nicht mehr den gleichen Strom liefern wie ihre Nachbarn, wird sie vereinfacht gesagt zum Widerstand. Das Problem dabei: Wenn die Spannung der restlichen Zellen etwa 15 Volt erreicht, beginnt die Schattenzelle enorm viel Leistung aufzunehmen und wandelt diese in Wärme um. Dabei heizt sie sich so stark auf, bis sie zerstört wird. Um das zu vermeiden, werden nach maximal 24 Zellen Bypassdioden eingesetzt, die man sich wie bereits beschrieben als Ventil vorstellen kann. Auf diese Weise wird die maximale Rückwärtsspannung an der verschatteten Zelle auf 24 mal 0,5 Volt begrenzt, was unter der kritischen 15-Volt-Marke liegt, und die Zelle setzt sehr viel weniger Leistung in Wärme um.
Solarmodule intelligent verteilen
Um den Leistungseinbruch bei Verschattung zu verringern, sollte man statt auf Dioden eher auf eine intelligente Verteilung der Module achten und diese passend verschalten. So kann es schon auf kleineren Yachten sinnvoll sein, die Anlage in Backbord- und Steuerbordseite zu teilen, die dann parallel angeschlossen werden oder im Idealfall getrennte Laderegler erhalten. Damit kann der Schattenwurf des Großbaums kompensiert werden. Solbian setzt bei komplexen Anlagen mitunter 10 bis 15 vernetzte Laderegler ein, um Schattenmodule zu isolieren.
