Im Rahmen eines Forschungsprojekts zwischen vandeSun (eine Marke der map energy & planning GmbH) und dem Institut Industrial Management der FH JOANNEUM wurden verschiedene Technologien für das Solardach unter realen Bedingungen getestet. Ziel war es, die Auswirkungen von Verschattung auf die Energieeffizienz zu analysieren und die leistungsfähigsten Lösungen zu identifizieren – insbesondere die PV-Dachschindel von vandeSun.

1 Hintergrund und Zielsetzung

Verschattung durch Gebäude, Bäume oder Wetterbedingungen stellt eine der größten Herausforderungen für Photovoltaikanlagen dar. Das Projekt untersuchte drei Technologien:

• Standard PV-Modul
• PV-Dachschindel mit integriertem Schaltkreis
• PV-Dachschindel mit Bypass-Diode

Ziel war es, herauszufinden, wie diese Technologien auf Teilverschattung reagieren und welche unter realen Bedingungen die höchste Energieausbeute liefern – ein entscheidender Faktor für die Effizienz moderner Solardächer.

2 Methodik

Die Versuche wurden im Smart Production Lab der FH JOANNEUM in Kapfenberg durchgeführt. Nach einer umfassenden Analyse der Einflussfaktoren wie Lichtintensität, Temperatur und Luftfeuchtigkeit wurde ein detaillierter Versuchsplan erstellt. Die Tests fanden unter freiem Himmel statt, um realistische Bedingungen zu gewährleisten.

Abbildung 1: Dachschindel mit Integriertem Schaltkreis

Abbildung 2: Dachschindel mit Bypass Diode

Abbildung 3: Dachschindel mit Integriertem Schaltkreis

3 Ergebnisse

Insgesamt wurden 101 Experimente mit den unterschiedlichen Technologien durchgeführt, um Daten zu sammeln. 34 mit der Technologie Bypass Diode, 35 mit dem integrierten Schaltkreis und 32 mit dem Standard PV-Modul. Dies zeigt, dass eine Ausgewogenheit zwischen den diversen Technologien besteht und keine Technologie bevorzugt wurde. Mittels der experimentellen Untersuchung wurden, wie bereits in Kapitel 3 erwähnt, zwei Fragestellungen fokussiert getestet. Einerseits wurde die Effizienz einer Zelle genauer analysiert, bzw. ab wann diese Dachschindel keinen Strom mehr produziert. Andererseits wurde die Effizienz der einzelnen Technologien miteinander verglichen.

3.1 Effizienz einer Zelle

Hierzu wurde zuerst eine Zelle komplett verschattet und anschließend der Verschattungsgrad nach und nach reduziert. Wie in Abbildung 4 zu sehen ist zum Beispiel bei einem Wert von 0,25 auf der X-Achse, die viertelte Zelle verschattet und der Rest unverschattet. Auf der Y-Achse ist die verschattete Leistung dividiert durch die unverschattete Leistung dargestellt. Zu sehen ist hierbei, dass bei einer Verschattung von 25% die Dachschindel mit dem integrierten Schaltkreis und der Bypass Diode sich wegschalten, da ab dort eine konstante Leistung produziert wird. Bei dem Standard PV-Modul schaltet sich erst bei einer Verschattung von 50% etwas ab, siehe Kapitel 5.3. Im Vergleich aller drei Technologien ist der integrierte Schaltkreis hierbei am effizientesten, vor der Bypass Diode und dem Standard PV-Modul.

Abbildung 4: Verschatten einer Zelle

Dasselbe Ergebnis entsteht, wenn nicht ein normierter Wert betrachtet wird, sondern die tatsächlich erbrachte Leistung, wie in Abbildung 5: Leistung einer verschatteten Zelle zu sehen. Der Dachschindel mit dem integrierten Schaltkreis liefert unter den gleichen Bedingungen eine signifikant höhere Leistung, sowohl im verschatteten als auch im unverschatteten Zustand.

Abbildung 5: Verschatten einer Zelle (Leistung)

3.2 Effizienz der Technologie

Um die Effizienz der beiden Dachschindel Technologien, integrierter Schaltkreis und Bypass Diode, zu vergleichen, wurden nacheinander die einzelnen Schindel so verschattet, dass sie sich wegschalten, zu sehen in Abbildung 6. Auf der Y-Achse ist die verschattete Leistung dividiert durch die unverschattete Leistung dargestellt und auf der X-Achse die Anzahl der verschatteten Dachschindel. Eindeutig sichtbar ist, dass bei einem bzw. zwei verschatteten Dachschindeln der Unterschied noch minimal ist, jedoch anschließend eine deutliche Differenz zwischen den Technologien entsteht. Bei fünf verschatteten Dachschindeln ist bei der Bypass Diode die Gesamtleistung zu niedrig für den Wechselrichter und es wird kein Strom produziert. Beim integrierten Schaltkreis ist dies bei sechs Dachschindel der Fall. Sind 4 Dachschindel verschattet ist der integrierte Schaltkreis um mehr als 60 % effizienter als die Bypass Diode.

Abbildung 6: Verschatten einzelner Schindel