Schatten kann für Solarmodule zu einem echten Effizienzkiller werden – doch das könnte sich bald ändern. Denn Forscher wollen neuartige Solarmodule entwickeln, die selbst bei Teilverschattung stabile Erträge liefern.
Allein im Jahr 2024 betrug der Anteil des durch Photovoltaik-Anlagen produzierten Stroms in Deutschland 14,7 Prozent. Während diese Zahl zehn Jahre zuvor noch bei 5,7 Prozent lag, ist sie in den vergangenen Jahren kontinuierlich angestiegen.
Doch die Effizienz einer Solaranlage hängt von zahlreichen Faktoren ab. Dabei sind vor allem der Standort, aber auch Neigungswinkel und Ausrichtung der Module entscheidende Komponenten. Aber auch Schatten durch umliegende Gebäude oder Bäume kann einen enormen Einfluss auf die Stromproduktion bei einem Solarmodul haben.
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Forscher des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP haben sich dieser Problematik angenommen. Mit der Entwicklung eines auf Teilverschattungen optimierten Photovoltaikmoduls könnte diese Problematik von Solaranlagen bald der Geschichte angehören.
Diese Solarmodule haben kein Problem mit Schatten
Vor allem in Städten lässt sich die Teilverschattung von Solaranlagen durch umliegende Gebäude kaum vermeiden. Für PV-Anlagen kann das allerdings zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Aber auch die thermische Belastung der Solarmodule durch Verschattung kann zum Problem werden, wenn Solarmodule dadurch überhitzen.
All das kann die Zuverlässigkeit einer Photovoltaik-Anlage nachhaltig beeinträchtigen. Denn im Extremfall kann bereits eine fünfprozentige Verschattung der Modulfläche zum Totalverlust der Modulleistung führen, wie das Fraunhofer CSP mitteilt.
Eine ungünstige Verschattung kann zur Überhitzung eines Bereichs eines Solarmoduls führen. Diese Hotspots beeinträchtigen die Zuverlässigkeit, etwa durch eine verstärkte Alterung der Polymere, die in Verkapselungsmaterialien der Solarzellen eingesetzt werden.
In dem Projekt SegmentPV will das Fraunhofer CSP nun gemeinsam mit dem Solarmodulhersteller AE Solar ein Solarmodul entwickeln, für das Schatten kein Problem mehr darstellt. Dabei soll ein modifiziertes Hot-Spot-Freies Photovoltaikmodul entstehen, das diese Problematik durch Segmentierung des Modul-Layouts umgeht.
Zusätzlich soll der Einsatz integrierter Bypass-Dioden einen höheren Energieertrag ermöglichen und die Hotspot-Gefahr verringern. PV-Anlagen mit dieser Art von Solarmodulen wären dann speziell für den Einsatz bei Teilverschattung optimiert.
Neue Tests sollen Zuverlässigkeit der Module sicherstellen
Für die Entwicklung der segmentierten Solarmodule hat das Fraunhofer CSP umfassende Tests entwickelt. Anhand dieser sollen Qualität und Effizienz der neuen Module überprüft und sichergestellt werden.
Dabei haben die Forscher unter anderem einen Dauerstresstest mit thermomechanischen Stresszyklen sowie Verschattungstests unter Laborbedingungen durchgeführt. Zusätzlich haben die Forscher Hotspot-Test entwickelt. Mit diesem sollen potenzielle Probleme im Dauerbetrieb identifiziert werden können. Ein zusätzlicher Bypass-Dioden-Test überprüft die Langlebigkeit im Modulverbund.
„Mit dem neuen HSF-Modul können wir die Energieausbeute von Photovoltaikanlagen deutlich steigern und gleichzeitig die Systemkosten senken. Dies ist ein wichtiger Schritt zur stärkeren Nutzung erneuerbarer Energien in urbanen Gebieten“, erklärt Matthias Pander, Projektleiter am Fraunhofer CSP.
Das Projekt läuft noch bis zum September. Bis dahin will das Forschungsteam die Untersuchungen zur Langzeitzuverlässigkeit abschließen und die Ertragssteigerungen auch unter Freiluftbedingungen demonstrieren.
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