Verschattungsresistente PV-Module reduzieren Energieverluste auf städtischen Dächern

Teilverschattung bleibt eine zentrale Herausforderung für Dachanlagen

Photovoltaikanlagen auf städtischen Dächern arbeiten nur selten unter idealen Bedingungen. In Deutschland, dem größten Photovoltaikmarkt der EU, sowie in den Niederlanden, dem weltweit führenden PV-Markt gemessen an der installierten Leistung pro Kopf, entfallen mehr als 60 % beziehungsweise über 80 % der Installationen auf Dachanlagen. Schornsteine, benachbarte Gebäude, Bäume, Antennen und jahreszeitlich bedingte Veränderungen des Sonnenstands führen häufig zu Teilverschattung und beeinträchtigen die Leistung herkömmlicher PV-Module.

Bereits eine teilweise Verschattung kann sogenannte Mismatch-Verluste verursachen und damit die Leistung eines gesamten Modulstrings reduzieren. In besonders ungünstigen Fällen kann schon eine verschattete Fläche von lediglich 5 % dazu führen, dass ein Modul seine Stromerzeugung nahezu vollständig einstellt.

Patentiertes Moduldesign für reale Einsatzbedingungen

Um dieses Problem zu adressieren, hat AESOLAR das ShadeStar, entwickelt - ein patentiertes, verschattungsresistentes PV-Modul, das speziell für die Anforderungen realer Dachinstallationen konzipiert wurde. Das Modul kombiniert eine segmentierte Zellgruppenarchitektur, integrierten Bypass-Diodenschutz sowie die TOPCon-Zelltechnologie, um die Leistung bei zeitweiser Verschattung und unter Schwachlichtbedingungen zu verbessern.

Im Gegensatz zu herkömmlichen PV-Modulen, die in der Regel nur über eine begrenzte Anzahl von Bypass-Dioden verfügen, integriert das ShadeStar insgesamt 24 Bypass-Dioden, die auf kleinere Zellsegmente verteilt sind. Dadurch können verschattete Bereiche des Moduls deutlich präziser isoliert werden, während die nicht betroffenen Segmente weiterhin Strom erzeugen.

Nach Angaben des Unternehmens reduziert dieses Design Mismatch-Verluste, begrenzt das Risiko von elektrischen Rückwärtsdurchbrüchen der Zellen (Reverse Breakdown) und minimiert die Bildung von Hotspots bei Teilverschattung.

Aktive Diodentechnologie verbessert das thermische Verhalten

Das Modul ist sowohl mit passiven als auch mit aktiven Bypass-Dioden erhältlich. Während passive Dioden einen konventionellen Schutz bieten, wurde die Variante mit aktiven Dioden entwickelt, um die Verlustleistung und die Betriebstemperaturen bei Verschattungsereignissen zu reduzieren.

Die geringere thermische Belastung kann die Zuverlässigkeit des Moduls erhöhen und das Risiko langfristiger Degradationserscheinungen verringern.

Fraunhofer CSP untersuchte Extremverschattungsszenarien und die Zuverlässigkeit unter Verschattungsbedingungen

Die von Fraunhofer CSP durchgeführten Tests umfassten Leistungsanalysen unter Labor- und Freilandbedingungen, Hotspot-Prüfungen, Temperaturzyklentests, die Validierung der Dioden sowie Simulationen extremer Verschattungsszenarien.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen praxisnahe Dachanwendungen mit unterschiedlichen Verschattungsrichtungen, verschiedener Verschattungsmuster und wechselnden Sonnenständen. Nach Angaben von AESOLAR zeigte das Modul unter Verschattungsbedingungen eine höhere Energieausbeute beziehungsweise einen geringeren Leistungsverlust als herkömmliche PV-Modularchitekturen wie beispielsweise konventionelle TOPCon-Module sowie IBC-basierte Butterfly-Designs.

Darüber hinaus wurde die Zuverlässigkeit sowohl des Moduls als auch der Dioden im Rahmen von Langzeittests unter wechselnder elektrischer Belastung (Changing Bias), Hotspot-Tests und Temperaturwechselprüfungen bewertet.

Geringere Systemkomplexität senkt Projektkosten

Über die Verbesserung des Energieertrags hinaus trägt die Technologie auch zur Senkung der Gesamtsystemkosten bei. In bestimmten Verschattungsszenarien kann das Modul auf Modul-Leistungsoptimierer verzichten, wodurch die Hardwarekomplexität reduziert und die Installationskosten gesenkt werden.

Das Modul wurde zudem auf Basis bestehender Fertigungsprozesse entwickelt und nutzt Standardmodulabmessungen, etablierte Materialien sowie gängige Produktionsanlagen. Dies könnte eine einfachere industrielle Skalierung ohne größere Anpassungen in der Lieferkette ermöglichen.

Da die Installation von PV-Dachanlagen in urbanen Märkten weiter zunimmt, gewinnen Technologien, die für nicht ideale Betriebsbedingungen ausgelegt sind, zunehmend an Bedeutung. Für Installateure und Projektentwickler kann die Steigerung der nutzbaren Energie-Erzeugung (in kWh) unter Teilverschattung zu einem entscheidenden Faktor werden, um die Stromgestehungskosten (LCOE) zu senken und die langfristige Rendite zu verbessern.

Wichtig ist festzuhalten, dass konventionelle PV-Module - unabhängig von ihrer Nennwirkungsgradklasse - weiterhin anfällig für Teilverschattung bleiben. Die daraus resultierenden Ertragsverluste konventioneller Module erhöhen den LCOE, während das ShadeStar durch sein intelligentes Verschaltungskonzept dazu beiträgt, den LCOE auf einem niedrigeren Niveau zu halten.

Über AESOLAR

AESOLAR ist ein in Deutschland ansässiger Photovoltaikhersteller, der seit 2003 auf dem globalen Solarmarkt aktiv ist und von BloombergNEF als Tier-1-Lieferant gelistet wird. Das Unternehmen entwickelt und produziert PV-Technologien sowohl für Standard- als auch für spezialisierte Anwendungen, darunter Agri-PV, Solar-Carports sowie verschattungsresistente Module für den Residential-Bereich.

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