Verschattung und bypass-Dioden

(oder: „Warum sind gleichgroße Panele so unterschiedlich im Preis?“)

Woran macht man unter anderem die Qualität eines Solarpanels fest? Hier ist die Energieausbeute bei teilweiser Verschattung in wichtiges Kriterium.

Da wir bei anker-blog.de es uns auf die Fahne geschrieben haben, komplizierte Technische Verfahren und Begriffe auch für den absoluten Laien verständlich rüber zu bringen, folgt jetzt keine wissenschaftliche Doktorarbeit, sondern ich versuche es so zu erklären, wie ich es auch bei den Kunden meines Arbeitgebers, einer Bildungseinrichtung mit Schülern zwischen 8 und 80 Jahren, für gewöhnlich mache.

Der Aufbau eines Solarpanels:

Ein Panel besteht aus einzelnen Solarzellen, die in Kombination in Reihe und dann als Array auch parallel geschaltet sind. Einfacher erklärt es das Schema im Bild.

Alle Zellen zusammen ergeben ein Panel. Alle Einzelspannungen ergeben in der Summe die Gesamtspannung. In meinem Beispiel 30 Volt. Das wäre aber dann der optimale Fall.

Verschattung und ihre Folgen

Bei einer teilweisen Verschattung durch Bäume oder Wolken, fallen aber unter Umständen einzelne Zellen aus, der Strom der anderen Zellen muss aber durch die ausgefallene Zelle hindurch fließen. Und hier ist das Problem. Bei Belastung kann das sogar so weit gehen, dass der ganze String zusammenbricht und (fast) gar keine elektrische Energie mehr liefern kann.

Die Lösung könnte eine Überbrückung sein. Hier würden dann die verbliebenen 25V beim Verbraucher/Wechselrichter ankommen. Aber was ist denn wenn die Verschattung verschwindet und das Modul wieder Strom produziert?

Das wäre gar nicht gut! Sobald Sonne auf die Zelle trifft wird sie einen Kurzschlussstrom erzeugen und sich dabei selbst zerstören.

Es muss also etwas als Umleitung genutzt werden, dass den Strom nur in eine Richtung passieren lässt. Und ein solches Bauteil gibt es tatsächlich, es nennt sich DIODE. Viele User kennen nur die „Leuchtdiode“ oder kurz „LED“. Das ist aber nur eine Sonderform, die zur Erzeugung von Licht genutzt wird. Eine gewöhnliche Diode hat nur eine Aufgabe: Sie ist eine Art Rückschlagventil, oder für Autofahrer: Eine Einbahnstraße.

Wir gehen der Einfachheit halber mal davon aus, dass der Strom vom Plus- zum Minuspol fließt. Das Symbol der Diode zeigt durch seine Pfeilform die Flussrichtung an:

Am Schaltbild erkennt man, dass bei dieser Diode der Strom von links nach rechts fließen kann. Andersherum ist ein Sperrstrich.
In Wirklichkeit sind es meist zylindrische Bauteile die lediglich den Sperrstrich aufzeigen, damit man die Einbaurichtung weiß.

Für unser Beispiel bedeutet das, dass wir eine Diodenbrücke um das Modul herum „bauen“.

Ist die Zelle nun verschattet, so wird sie „umflossen“. Produziert sie wieder Strom, so gibt es keinen Kurzschluss, da die Diode ja in der Kurzschlussrichtung keinen Strom hindurch lässt.

Unterschied Billo und Quali

Nun wird in der Praxis nicht jede einzelne Zelle mit einer Bypass-Diode (so heißt sie dann nämlich) ausgestattet, das wäre schlicht zu teuer in der Produktion. Mann fasst immer mehrere Zellen zusammen. Hier unterscheidet sich aber schon die Spreu vom Weizen, denn Billigproduktionen haben nur ganz wenige solche Bypässe und hochwertige Panele besonders viele.

Dadurch können hochwertige Panele auch bei bewölktem Himmel oder bei einer Verschattung durch wankende Äste immer noch hohe Stromernten erzielen.
Meist haben die qualitativ hochwertigen Panele auch noch zusätzliche Beschichtungen. Aber dazu mehr in einem anderen Artikel.