Verschattungsverlust-Modellierung
Analysieren Sie die Auswirkungen von Teilverschattung auf Reihenstränge — mit Bypassdioden-Schutz und Hot-Spot-Risikoerkennung.
Funktionsprinzip
In Reihenschaltung bestimmt die schwächste Zelle den Strom des gesamten Strings:
Bypassdioden begrenzen den Verlust auf den betroffenen Substring (typisch 20 Zellen). Ohne Dioden kann eine einzelne verschattete Zelle den gesamten String lahmlegen.
Bypassdioden-Funktionsweise
Normen & Standards
| Norm | Bezeichnung | Anwendungsbereich |
|---|---|---|
| IEC 61215-2 | Module qualification tests | Prüft Bypassdioden-Belastbarkeit (Hot-Spot-Test) und Modulintegrität bei Teilverschattung. Thermal Test: 75°C, 1h. |
| IEC 62979 | Bypass diode — reliability | Zuverlässigkeitsprüfung für Bypassdioden: Dauerstrombelastung, Temperaturwechsel, Rückwärtssperrspannung. |
| IEC 62446-1 | PV systems — Requirements | Anforderungen an die Dokumentation und Prüfung von PV-Anlagen: Stringanalyse, Verschattungsprotokoll. |
| DIN EN 1991-1-3 | Schnee- und Eislasten | Schneelastberechnung für Tragwerke: relevant für PV-Module auf Dächern in schneereichen Gebieten. |
Fachbegriffe (Glossar)
- Substring
- Gruppe von Serienzellen, die von einer Bypassdiode geschützt wird. Typisch 18-24 Zellen pro Substring.
- Bypassdiode
- Schottky-Diode antiparallel zum Substring. Leitet bei Verschattung den Strom um betroffene Zellen herum. Durchlassspannung: ~0,4V.
- Hot Spot
- Lokale Überhitzung einer verschatteten Zelle, die als Last wirkt und Leistung dissipiert. Gefahr ab >5W/Zelle.
- Mismatch-Faktor
- Verhältnis tatsächliche/ideale Stringleistung (0-1). 1 = kein Mismatch, <0.8 = signifikante Verluste.
- Verschattungsgrad
- Anteil der verschatteten Zellfläche (0-100%). Bestimmt die Stromreduktion linear.
- Moduloptimizer
- DC-DC-Wandler (MLPE) für modul- oder zellebene MPPT. Reduziert Verschattungs- und Mismatch-Verluste.
Häufig gestellte Fragen
Warum ist Teilverschattung so kritisch?
In Reihenschaltung bestimmt die schwächste Zelle den Strom des gesamten Strings. Eine 50% verschattete Zelle von 60 reduziert den Strom um 50% → der gesamte String verliert ~50% Leistung, nicht nur 1/60.
Was ist ein Hot Spot?
Wenn eine verschattete Zelle den Strom begrenzt, wirkt sie als Last: Die unverschatteten Zellen zwingen ihren Strom durch die verschattete Zelle, die den Leistungstransfer als Wärme dissipiert. Bei >5W/Zelle besteht Brandgefahr.
Wie funktionieren Bypassdioden?
Bypassdioden werden antiparallel zu Zellgruppen (Substrings) geschaltet. Wenn eine Zelle im Substring verschattet ist, leiten die unverschatteten Strings weiter: Die Diode leitet den Strom um den betroffenen Substring herum.
Wie viele Bypassdioden hat ein Standardmodul?
Typisch 3 Bypassdioden für 60-Zellen-Module (20 Zellen/Diode) oder 72-Zellen-Module (24 Zellen/Diode). Einige Module haben 6 Dioden für feinere Granularität. Jede Diode schützt einen Substring.
Was sind Mismatch-Verluste?
Mismatch entsteht durch unterschiedliche Zellströme in Reihenschaltung: verschieden beleuchtete, verschmutzte oder gealterte Zellen. Der Mismatch-Faktor (0-1) beschreibt das Verhältnis von tatsächlicher zu möglicher Leistung.
Kann ein Optimizer helfen?
Moduloptimizer (z.B. SolarEdge, Tigo) ermöglichen zellebene oder modulebene MPPT. Sie reduzieren Verschattungsverluste erheblich, kosten aber 20-50€/Modul. Sinnvoll bei komplexer Verschattungssituation.
Wie schätze ich den Verschattungsgrad?
Verschattungsgrad = Anteil der Zelle, die kein direktes Licht erhält. 100% = vollständig abgedeckt (Schnee, Blätter). 50% = halbe Zelle verschattet (Schornstein). Diffuses Licht generiert ~10-20% des Normalstroms.
Was passiert bei Schnee?
Schnee verschattet oft die unteren Zellreihen vollständig (100%). Bei 60-Zellen-Modul mit 3 Bypassdioden und 2 unteren Reihen verschattet: 1/3 des Moduls bypassed. Schneelast: DIN EN 1991-1-3.
Wie beeinflusst Verschattung die Lebensdauer?
Wiederholte Hot Spots beschleunigen Zellalterung (EVA-Bräunung, Zellrisse). IEC 61215 prüft Bypassdioden-Belastbarkeit bei 75°C für 1h. Module mit guten Dioden tolerieren kurzfristige Verschattung.
Gibt es Module ohne Dioden?
Einzelzellen-Module (z.B. portable) haben keine Bypassdioden. Bei Reihenschaltung mehrerer Zellen sind Bypassdioden ab 6 Zellen empfohlen (IEC 62979). Ohne Dioden besteht erhöhte Hot-Spot-Gefahr.