Wie berechnet Solarschatten die Leistung? Methodik, Annahmen und Grenzen

Eine Simulation ist nur so vertrauenswürdig wie ihre Annahmen sind nachvollziehbar. Dieser Artikel erklärt genau, was Solarschatten berechnet, mit welchem physikalischen Modell, und wo die bewussten Grenzen des Modells liegen.

Was der Simulator berechnet

Solarschatten berechnet die Momentanleistung (in Watt) eines Solarmoduls am Punkt maximaler Leistung (MPP), für eine gegebene Verschattung, unter Standard-Testbedingungen (STC: 1000 W/m² Bestrahlungsstärke, 25 °C Zelltemperatur).

Das elektrische Modell: das Eindioden-Modell

Für die elektrische Berechnung jeder einzelnen Zelle nutzt Solarschatten das Eindioden-Modell — das in der Photovoltaik-Branche gängige Standardverfahren (auch in professioneller Simulationssoftware wie PVsyst oder der Python-Bibliothek pvlib verwendet). Aus den vier Datenblattwerten eines Moduls (Voc, Isc, Vmp, Imp) werden per geschlossener Lambert-W-Extraktion die physikalischen Zellparameter berechnet, aus denen sich die komplette Strom-Spannungs-Kennlinie der Zelle ergibt.

Diese Zell-Kennlinien werden anschließend entlang der realen Verschaltung des Moduls (Zellraster, Bypass-Zonen) zur Gesamt-Kennlinie des Moduls zusammengesetzt.

Wie Verschattung in Zahlen übersetzt wird

Eine gezeichnete Verschattung wird nicht als einfaches "an/aus" behandelt, sondern über zwei Werte:

• Verschattungsgrad: wie viel Prozent der Zellfläche bedeckt sind
• Deckkraft: wie stark das Licht dort abgeschwächt wird

Selbst bei 100 % Deckkraft kommt noch ein diffuser Reststrahlungs-Anteil von 15 % bei der Zelle an — ein Schatten blockiert in der Realität nie das komplette Licht. Überlappen sich mehrere gezeichnete Verschattungen an einer Stelle, gilt die Regel "die dunkelste Form gewinnt": Es zählt die höchste Deckkraft der dort überlappenden Formen.

Wie Bypass-Zonen modelliert werden

Jede Bypass-Zone hat eine Soft-Bypass-Schwelle: die Anzahl gleichzeitig verschatteter Zellen, die sie toleriert, bevor die ganze Zone ausfällt. Klassische Module haben eine Schwelle von 0 (keine Toleranz). Manche moderneren Zelltechnologien (z. B. Aiko ABC) tolerieren mehrere gleichzeitig verschattete Zellen, bevor die Zonen-Diode greift — dieser Wert basiert auf öffentlich verfügbaren Herstellerangaben, da die exakten elektrischen Kennwerte des Soft-Breakdown-Zustands von den Herstellern nicht veröffentlicht werden und deshalb näherungsweise modelliert werden.

Eine bewusste Vereinfachung: Solarschatten modelliert jede Bypass-Zone als reine Serienschaltung ihrer Zellen. Real verschaltete Half-Cut-Module teilen eine Zone teils in zwei parallele Halb-Stränge auf (obere/untere Modulhälfte) — das bildet Solarschatten nicht ab. Für die meisten Verschattungsszenarien ist der Unterschied gering; am ehesten spürbar wird er bei sehr asymmetrischer Verschattung, die nur eine Modulhälfte betrifft.

Woher die Moduldaten stammen

Solarschatten arbeitet mit einem statischen, handkuratierten Datensatz realer Solarmodule verschiedener Hersteller — keiner Nutzer-Datenbank, keinem Backend. Jedes Modul wird einzeln anhand seines offiziellen Datenblatts recherchiert und eingepflegt.

Bekannte Grenzen im Überblick

• Keine Jahresertrags- oder Kosten-Prognose, nur Momentanleistung unter STC
• Kein Standort-, Ausrichtungs- oder Zeitbezug
• Bypass-Zonen als reine Serienschaltung (keine parallelen Halb-Stränge)
• Soft-Bypass-Verhalten bei Nicht-Standard-Zelltechnologien ist eine Näherung, keine Herstellerangabe (siehe Aiko ABC & Soft-Bypass)
• Datensatz ist handkuratiert und begrenzt, keine automatische Datenblatt-Erkennung

Fazit

Solarschatten eignet sich sehr gut, um die Physik hinter Teilverschattung greifbar zu machen — warum ein kleiner Schatten überproportional viel Leistung kosten kann, und wie Bypass-Zonen darauf reagieren. Für eine Jahresertrags- oder Wirtschaftlichkeitsberechnung deiner konkreten Anlage ist der Simulator bewusst nicht gedacht.

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