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Arten von Verschattung
Nicht jeder Schatten ist gleich. In der Solarplanung unterscheidet man zwischen zwei grundlegend verschiedenen Schattenarten, die unterschiedliche Auswirkungen auf den Ertrag haben und verschiedene Lösungsansätze erfordern.
Harter Schatten (Hard Shade): Dieser entsteht durch nahe Objekte mit klar definierten Kanten – Kamine, Antennen, Satellitenschüsseln, Dachgauben oder nahe Bäume. Der Schatten hat scharfe Konturen und blockiert die direkte Sonnenstrahlung vollständig. Im betroffenen Modulbereich fällt die Produktion auf nahezu null (nur noch diffuse Strahlung). Harter Schatten ist der problematischste Typ, kann aber durch geschickte Modulplatzierung und Leistungselektronik gut bewältigt werden.
Weicher Schatten (Soft Shade): Dieser entsteht durch entferntere Objekte, dünne Wolken, Dunst, Nebel oder das Laub hoher Bäume. Der Schatten hat unscharfe Konturen und reduziert die Einstrahlung nur teilweise. Die Auswirkung auf den Ertrag ist geringer als bei hartem Schatten, betrifft aber oft grössere Flächen. Weicher Schatten reduziert die Leistung typischerweise um 20–50%, blockiert sie aber nicht vollständig.
Eine dritte Kategorie bildet die Eigenverschattung bei aufgeständerten Systemen: Die vordere Modulreihe wirft Schatten auf die hintere Reihe, besonders bei tiefem Sonnenstand im Winter. Dieser Schattentyp ist durch korrekte Reihenabstände vollständig vermeidbar und sollte in der Planung berücksichtigt werden.
Typische Schattenquellen auf Schweizer Dächern sind: Kamine und Entlüftungsrohre (häufigste Ursache), Nachbargebäude (besonders in dicht bebauten Gebieten), Bäume (problematisch wegen Wachstum), Antennen und Satellitenschüsseln (leicht zu beheben durch Umplatzierung), Dachgauben und Dachfenster, sowie Geländeformen wie Hügel oder Bergketten (relevant in Alpen und Voralpen).
Auswirkung auf den Ertrag
Die Auswirkung von Verschattung auf den Ertrag ist in der Praxis oft dramatischer als erwartet. Der Grund liegt in der elektrischen Verschaltung der Solarzellen innerhalb eines Moduls und der Module untereinander.
Ein Standardmodul besteht aus 60 oder 72 Solarzellen, die in Reihe geschaltet sind. Wenn auch nur eine einzige Zelle verschattet wird, begrenzt sie den Strom der gesamten Reihe – ähnlich wie ein Knick in einem Gartenschlauch den Wasserfluss der gesamten Leitung reduziert. Die meisten Module haben zwar Bypass-Dioden, die verschattete Zellengruppen überbrücken können, aber jede aktivierte Bypass-Diode schaltet ein Drittel des Moduls ab.
Bei einem String-Wechselrichter, an dem mehrere Module in Reihe geschaltet sind, potenziert sich das Problem: Der schwächste Strom eines verschatteten Moduls begrenzt den gesamten String. In der Praxis bedeutet dies, dass 5% Verschattung eines einzelnen Moduls bis zu 30% Ertragsverlust des gesamten Strings verursachen kann.
Beispielrechnung
Ein String von 10 Modulen à 400 Wp erzeugt unter optimalen Bedingungen 4 kWp. Wenn ein einzelnes Modul durch einen Kamin zu 50% verschattet wird, reduziert die Bypass-Diode die Modulleistung auf 67% (zwei von drei Zellgruppen aktiv). Im String begrenzt dieses Modul den Strom, sodass der gesamte String nur noch etwa 70% seiner Nennleistung liefert – ein Verlust von 1.2 kWp wegen Verschattung eines einzigen Moduls.
String- vs. Modulebene
Das Verschattungsproblem ist direkt mit der Systemarchitektur verknüpft. Drei grundlegende Architekturen stehen zur Verfügung, die sich in ihrer Schattentoleranz fundamental unterscheiden.
String-Wechselrichter: Die klassische und kostengünstigste Lösung. Mehrere Module werden in Reihe zu Strings verbunden, und ein zentraler Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Vorteil: Niedrige Kosten, hohe Effizienz, einfache Wartung. Nachteil: Hohe Empfindlichkeit gegenüber Verschattung – das schwächste Modul bestimmt die Leistung des gesamten Strings.
Leistungsoptimierer (Power Optimizer): An jedem Modul wird ein kleines elektronisches Gerät installiert, das die Leistung des einzelnen Moduls maximiert und an die String-Spannung anpasst. Verschattete Module beeinflussen nur ihre eigene Leistung, nicht den gesamten String. Bekanntester Anbieter: SolarEdge. Mehrkosten: CHF 500–1'500 für eine typische Anlage.
Mikro-Wechselrichter: Jedes Modul erhält seinen eigenen kleinen Wechselrichter, der die Leistung unabhängig von allen anderen Modulen optimiert. Bekanntester Anbieter: Enphase. Vorteile: Maximale Schattentoleranz, Modulmonitoring, keine DC-Hochspannung auf dem Dach. Nachteile: Höhere Kosten, mehr Komponenten.
Lösung: Leistungsoptimierer
Leistungsoptimierer sind die am häufigsten eingesetzte Lösung bei Verschattungsproblemen. Sie werden zwischen Modul und String-Kabel installiert und ermöglichen jedem Modul, an seinem individuellen Maximum Power Point (MPP) zu arbeiten, unabhängig von den anderen Modulen im String.
Das Funktionsprinzip: Der Optimizer wandelt den Modulstrom so um, dass er optimal zum String passt. Ein verschattetes Modul liefert zwar weniger Strom, aber der Optimizer erhöht die Spannung, sodass die Leistung des unverschatteten Teils des Moduls nicht verloren geht. Die übrigen Module im String können weiterhin mit voller Leistung arbeiten.
In der Praxis zeigen Studien, dass Optimizer bei teilweise verschatteten Anlagen den Ertrag um 5–25% steigern können im Vergleich zu einem reinen String-System. Die tatsächliche Verbesserung hängt vom Ausmass und der Dauer der Verschattung ab. Bei starker Verschattung (mehr als 20% der Module betroffen) ist die Verbesserung am grössten.
SolarEdge-Systeme sind in der Schweiz weit verbreitet und bieten zusätzlich Modul-Monitoring: Die Leistung jedes einzelnen Moduls kann über eine App überwacht werden. So lassen sich Leistungseinbussen schnell identifizieren und zuordnen – ob Verschattung, Verschmutzung oder Moduldefekt.
Lösung: Mikro-Wechselrichter
Mikro-Wechselrichter gehen einen Schritt weiter als Optimizer: Sie wandeln den Gleichstrom jedes einzelnen Moduls direkt in Wechselstrom um. Jedes Modul ist eine unabhängige Einheit – Verschattung eines Moduls hat keinerlei Auswirkung auf die anderen Module.
Enphase ist der Marktführer bei Mikro-Wechselrichtern und bietet Systeme, die sich besonders für komplexe Dachsituationen eignen: verschiedene Ausrichtungen, Neigungen und Verschattungsmuster können problemlos in einer Anlage kombiniert werden. Die neueste Generation (IQ8) ermöglicht sogar einen eingeschränkten Inselbetrieb ohne Batterie.
Die Kosten für Mikro-Wechselrichter liegen etwa 15–25% höher als für ein String-System gleicher Grösse. Bei Anlagen mit Verschattungsproblemen rechnet sich dieser Mehrpreis durch den höheren Ertrag oft innerhalb weniger Jahre. Zusätzlich bieten Mikro-Wechselrichter Sicherheitsvorteile: Da kein DC-Hochspannungskabel auf dem Dach liegt, ist das Risiko von Lichtbögen und Bränden deutlich reduziert.
Clevere Modulplatzierung
Die beste Strategie gegen Verschattung ist die Vermeidung: Durch geschickte Modulplatzierung können viele Schattenprobleme von vornherein umgangen werden.
Der erste Schritt ist die Identifikation aller Schattenquellen und ihrer Schattenwurfmuster über den gesamten Tages- und Jahresverlauf. Moderne Planungssoftware wie PVsyst oder Solarius simuliert den Schattenwurf in 15-Minuten-Intervallen für jeden Tag des Jahres und zeigt präzise, welche Modulpositionen betroffen sind.
Generelle Regeln für die Modulplatzierung bei Verschattung: Module im Schattenbereich eines Kamins werden nördlich (schattenseitig) des Kamins platziert und erhalten einen Abstand von mindestens der 2.5-fachen Kaminhöhe. Bei Dachgauben werden die seitlichen Flächen freigehalten. Bei Bäumen wird der Winterschatten berücksichtigt (tieferer Sonnenstand = längerer Schatten).
Bei der String-Planung ist es entscheidend, verschattete und unverschattete Module in verschiedenen Strings zu gruppieren. Module mit ähnlichem Verschattungsmuster sollten im gleichen String zusammengefasst werden, damit ein verschattetes Modul nicht die Leistung unverschatteter Module begrenzt.
Analyse-Tools und -Methoden
Für die professionelle Verschattungsanalyse stehen verschiedene Tools zur Verfügung, die sich in Genauigkeit und Aufwand unterscheiden.
Sonnendach.ch: Das kostenlose Swisstopo-Tool zeigt die Verschattung durch umliegende Gebäude und Gelände, berücksichtigt aber keine Bäume oder kleinere Hindernisse. Für eine Ersteinschätzung ausreichend.
Sun Surveyor / Sun Seeker: Smartphone-Apps, die den Sonnenverlauf in Augmented Reality darstellen. Damit können Sie direkt vom Dach aus sehen, ob und wann Hindernisse die Sonne blockieren. Genauigkeit: Gut für qualitative Bewertung.
Solmetric SunEye: Ein spezielles Messgerät für professionelle Verschattungsanalysen. Es erstellt ein Fischaugen-Foto vom Dachstandort und überlagert die Sonnenbahn – so wird sofort sichtbar, welche Hindernisse wann Schatten werfen. Ergebnis: Prozentualer Ertragsverlust durch Verschattung für jeden Standort auf dem Dach.
Drohnenbasierte 3D-Modelle: Moderne Solarplaner nutzen zunehmend Drohnen, um ein 3D-Modell des Daches und seiner Umgebung zu erstellen. Dieses Modell wird in Simulationssoftware importiert, die den Schattenwurf präzise berechnet. Diese Methode ist besonders bei komplexen Dächern oder dichter Bebauung vorteilhaft.
PVsyst / PVSOL: Professionelle Simulationssoftware, die 3D-Modelle mit Schattenobjekten erstellt und den Ertragsverlust für jedes Modul über das gesamte Jahr berechnet. Dies ist die genaueste Methode und wird von seriösen Solarplanern standardmässig eingesetzt.
Saisonale Veränderungen
Verschattung ist kein statisches Problem – sie verändert sich mit dem Sonnenstand über den Tages- und Jahresverlauf. Im Winter steht die Sonne tief und wirft lange Schatten; im Sommer steht sie hoch und die Schatten sind kurz.
Bäume bilden einen Sonderfall: Laubbäume sind im Winter kahl und werfen weniger Schatten (aber immer noch deutlich sichtbare Schatten durch Stamm und Äste). Im Sommer verdichten sie ihre Krone und können grosse Dachflächen beschatten. Nadelbäume sind ganzjährig dicht und werfen konstante Schatten. Zusätzlich wachsen Bäume über die 25–30 Jahre Lebensdauer einer Solaranlage erheblich – ein junger Baum, der heute kein Problem darstellt, kann in 15 Jahren ein erheblicher Schattenspender sein.
Auch Neubautätigkeit in der Umgebung kann die Verschattungssituation verändern. Ein neues Nachbargebäude, ein aufgestocktes Geschoss oder ein neuer Kamin können plötzlich Schatten auf Ihre Solaranlage werfen. In der Schweiz haben Sie in solchen Fällen allerdings keine privatrechtlichen Ansprüche auf Schattenschutz für Ihre Solaranlage.
Fazit
Verschattung ist eines der häufigsten Probleme bei Solaranlagen, aber dank moderner Technologie gut beherrschbar. Die wichtigsten Empfehlungen: Lassen Sie vor der Installation eine professionelle Verschattungsanalyse durchführen. Setzen Sie bei Teilbeschattung auf Leistungsoptimierer oder Mikro-Wechselrichter. Planen Sie die Modulanordnung und String-Konfiguration unter Berücksichtigung der Schatten. Und vergessen Sie nicht die langfristigen Veränderungen durch Baumwachstum und Bebauung.