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Photovoltaik und stationäre Batteriespeicher – Verschattung und Temperaturwirkung beurteilen

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Photovoltaik und stationäre Batteriespeicher – Verschattung und Temperaturwirkung beurteilen

Einleitung

Wie verändern Verschattung und Temperatur den Ertrag einer Photovoltaikanlage? Welche Rolle spielt dabei ein Batteriespeicher?

In diesem aiMOOC untersuchst Du ein Gebäude mit PV-Anlage und stationärem Speicher. Du analysierst Bilder, Anlagenschemata und simulierte Messdaten, berechnest Ertragsverluste und begründest Deine Diagnose.

Zielgruppe: Ausbildung in Elektrotechnik, Energietechnik und verwandten Berufen.

Dauer: etwa 75–90 Minuten einschließlich Aufgaben.

Lernweg: Sechs kurze Lerneinheiten, ein durchgehender Ausbildungsfall und interaktive Wissensprüfungen.

Lernziele: Du kannst Einstrahlung, Verschattung und Temperatur unterscheiden, einfache Ertragsberechnungen durchführen, Speicherverluste berücksichtigen und sichere Diagnoseentscheidungen treffen.

Sicherheitsgrenze: Alle elektrischen Untersuchungen erfolgen ausschließlich anhand von Schaltbildern, dokumentierten Betriebsdaten oder in einem sicheren Simulator. Keine Eingriffe in PV-DC-Stromkreise, keine Arbeiten an offenen Hochvoltsystemen, keine Traktionsbatterie-Arbeiten. Dieser Kurs vermittelt keine elektrotechnische Arbeitsberechtigung und keine Befähigungsbescheinigung.

Lerneinheit 1: Wie entsteht PV-Ertrag?

Leitfrage: Welche Komponenten beeinflussen die nutzbare Solarenergie?

Abbildung: Vereinfachtes Anlagenschema einer Photovoltaikanlage. Quelle: S-kei, Wikimedia Commons, CC0.

Eine Solarzelle wandelt Licht direkt in elektrische Energie um. Mehrere Solarzellen bilden ein Solarmodul.

Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Dieser kann im Gebäude genutzt oder in das öffentliche Netz eingespeist werden.

Merke:

Begriff	Bedeutung
kWp	Nennleistung unter Standard-Testbedingungen
kW	Momentane elektrische Leistung
kWh	Erzeugte, verbrauchte oder gespeicherte Energie
Einstrahlung	Sonnenenergie, die auf eine Fläche trifft

Die Nennleistung eines PV-Moduls wird unter Standard-Testbedingungen angegeben. Dazu gehören 1000 W/m² Bestrahlungsstärke und 25 °C Zelltemperatur.

Im Betrieb unterscheiden sich Einstrahlung und Zelltemperatur häufig von diesen Bedingungen.

Abbildung: Energiefluss bei einer PV-Anlage ohne Speicher. Quelle: Pedalito, Wikimedia Commons, CC0.

Ertragsformel:

Energie = Leistung × Zeit

E = P × t

Beispiel: Eine konstante Leistung von 2 kW über drei Stunden ergibt 6 kWh.

Wichtig: Eine Nennleistung von 8 kWp bedeutet nicht, dass die Anlage jederzeit 8 kW liefert.

Mini-Aufgabe – Basis: Erkläre anhand des Bildes, weshalb die elektrische Energie eines PV-Moduls nicht immer vollständig im Gebäude genutzt wird.

Feedback: Eine gute Erklärung unterscheidet Eigenverbrauch, Einspeisung und Umwandlungsverluste. Die zeitliche Übereinstimmung zwischen Erzeugung und Verbrauch ist entscheidend.

Lerneinheit 2: Verschattung beurteilen

Leitfrage: Warum kann ein kleiner Schatten große Auswirkungen haben?

Abbildung: Reale Verschattung einer PV-Anlage durch einen Kamin. Quelle: Asurnipal, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Schatten entstehen beispielsweise durch Gebäude, Kamine, Antennen oder Bäume.

Eine Teilverschattung senkt die Lichtaufnahme einzelner Solarzellen. Bei elektrisch verbundenen Zellen können dadurch auch andere Bereiche in ihrer Leistungsabgabe beeinflusst werden.

Wichtig: Zehn Prozent verschattete Modulfläche bedeuten nicht automatisch zehn Prozent Leistungsverlust. Entscheidend sind Verschattungsmuster, Zellverschaltung, Bypassdioden und Anlagenkonfiguration.

Bypassdioden verstehen

Abbildung: Beispielhafte Zellverschaltung mit Bypassdioden. Quelle: César Domínguez, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Abbildung: Vereinfachte Funktion von Bypassdioden. Quelle: wdwd, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Eine Bypassdiode kann den Strom an einem stark beeinträchtigten Zellbereich vorbeiführen.

Dadurch werden bestimmte elektrische Belastungen begrenzt. Ein Leistungsverlust bleibt aber möglich.

Ungünstige Teilverschattungen können außerdem lokale Überhitzungen begünstigen. Solche Bereiche heißen Hotspots.

Mini-Aufgabe – Anwendung: Vergleiche im ersten Bild die verschatteten und unverschatteten Modulbereiche. Warum lässt sich aus der sichtbaren Schattenfläche allein kein genauer Ertragsverlust berechnen?

Feedback: Die Schattenfläche zeigt nur einen Teil der Ursache. Für eine belastbare Ertragsbewertung werden zusätzlich die elektrische Modulstruktur, der zeitliche Schattenverlauf und Betriebsdaten benötigt.

Lerneinheit 3: Temperaturwirkung beurteilen

Leitfrage: Warum kann ein PV-Modul an einem heißen Tag weniger elektrische Leistung liefern als erwartet?

Abbildung: Einfluss von Zelltemperatur und Einstrahlung auf die Strom-Spannungs-Kennlinie. Quelle: César Domínguez, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Bei üblichen kristallinen Siliziummodulen sinkt mit steigender Zelltemperatur insbesondere die Spannung. Unter sonst gleichen Bedingungen nimmt dadurch typischerweise die elektrische Leistung ab.

Die Modultemperatur ist nicht mit der Außentemperatur gleichzusetzen.

Die tatsächliche Temperatur hängt unter anderem von Einstrahlung, Wind, Montageart und Wärmeabfuhr ab.

Video: Was macht eine Solarzelle effizient? Achte besonders auf den Einfluss der Temperatur.

Rechenbeispiel: Temperaturkoeffizient

Fiktives Ausbildungsmodul:

Kenngröße	Wert
Nennleistung	400 Wp
Referenztemperatur	25 °C
Modellierte Zelltemperatur	55 °C
Angenommener Leistungskoeffizient	−0,4 % pro Kelvin

Temperaturdifferenz: 55 °C − 25 °C = 30 K.

Leistungsverlust im vereinfachten linearen Modell: 30 × 0,4 % = 12 %.

Ergebnis: 400 W × 0,88 = 352 W.

Achtung: Der Koeffizient ist hier eine didaktische Annahme. Bei realen Modulen ist der Wert dem Datenblatt zu entnehmen. Das Ergebnis gilt nur unter den festgelegten Vergleichsbedingungen und ist keine Ertragsprognose für einen ganzen Tag.

Mini-Aufgabe – Anwendung: Erkläre, warum Du für den Vergleich zweier Modultemperaturen dieselbe Einstrahlung annehmen solltest.

Feedback: Nur bei möglichst gleichen Randbedingungen lässt sich die Temperaturwirkung isoliert beurteilen. Sonst überlagern sich Einstrahlungs- und Temperatureffekte.

Lerneinheit 4: Stationäre Batteriespeicher

Leitfrage: Kann ein Batteriespeicher den Minderertrag durch Verschattung ausgleichen?

Abbildung: Schematische Darstellung eines Haushalts mit stationärem Energiespeicher. Quelle: Yan lance, Wikimedia Commons, CC0.

Ein stationärer Batteriespeicher kann elektrische Energie zeitlich verschieben.

Überschüssige PV-Energie wird gespeichert und später für Verbraucher bereitgestellt.

Der Speicher erzeugt keine zusätzliche Solarenergie.

Vereinfachtes Speicherschema

Komponente	Aufgabe
PV-Module	Stromerzeugung aus Sonnenlicht
Hybridwechselrichter	Energieumwandlung und Systemanbindung
Batterie	Speicherung elektrischer Energie
Batteriemanagementsystem	Überwachung und Schutz der Batterie
Energiemanagement	Koordination von Energieflüssen
Hausnetz	Versorgung elektrischer Verbraucher

Die Abbildung zeigt ein mögliches Systemprinzip. Tatsächliche Anlagen können AC- oder DC-gekoppelte Speicher besitzen.

Abbildung: Vereinfachter Aufbau eines Batteriespeichersystems. Quelle: Droompny, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Beispiel:

4,0 kWh werden einem Speichersystem zum Laden zugeführt.

Für den vollständigen Lade- und Entladevorgang wird ein Gesamtwirkungsgrad von 90 % angenommen.

Nutzbare Energie nach dem Zyklus: 3,6 kWh.

Die übrigen 0,4 kWh entsprechen im vereinfachten Modell den Energieverlusten.

In der Praxis hängen Speicherverluste unter anderem von Wechselrichterwirkungsgrad, Teillastbetrieb, Temperatur und Stand-by-Verbrauch ab.

Video: HTW-Berlin-Vortrag zum Potenzial von Solarstromspeichern. Historischer Forschungsbeitrag zur Vertiefung; aktuelle Gerätevergleiche stehen in den Fachquellen.

Mini-Aufgabe – Transfer: Eine PV-Anlage erzeugt wegen Verschattung weniger Energie. Begründe, warum ein größerer Speicher dieses Ertragsproblem nicht automatisch löst.

Feedback: Der Speicher kann nur tatsächlich verfügbare Energie aufnehmen. Außerdem verursacht jeder reale Speicherbetrieb Verluste.

Lerneinheit 5: Ausbildungsfall „Werkstatt Sonnendach“

Auftrag: Du unterstützt eine Elektrofachkraft bei der Auswertung einer PV-Anlage. Die Diagnose erfolgt ausschließlich über einen sicheren Lernsimulator und bereitgestellte Betriebsdaten.

Alle folgenden Gebäude- und Messdaten sind fiktive Ausbildungswerte.

Gebäudemodell

Das Gebäude besitzt ein nach Süden ausgerichtetes Dach mit PV-Modulen. Ein Kamin befindet sich auf dem Dach. Ein benachbarter Baum und ein höheres Nachbargebäude können zu bestimmten Zeiten Schatten verursachen.

Bereich	Gebäudemodell	Prüfhinweis
Dachfläche A	PV-Feld in Kaminnähe	Zeitweilige Teilverschattung möglich
Dachfläche B	Weiteres PV-Feld	Vergleichsbereich
Umgebung Ost	Baum	Sonnenstandsabhängiger Schatten
Umgebung West	Nachbargebäude	Möglicher Schatten bei tiefem Sonnenstand
Technikraum	Stationärer Batteriespeicher	Nur freigegebene Betriebsdaten nutzen

Arbeitsauftrag: Skizziere die Dachfläche aus der Vogelperspektive. Markiere die Hindernisse und zeichne mögliche Schattenbereiche für unterschiedliche Sonnenstände ein.

Ein genauer Schattenverlauf muss aus Standort, Geometrie, Ausrichtung, Jahreszeit und Uhrzeit bestimmt werden. Die Tabelle ersetzt keine geometrische Berechnung.

Anlagendaten

Kenngröße	Ausbildungswert
PV-Nennleistung	8 kWp
Modulanzahl	20
Nennleistung je Modul	400 Wp
Nutzbare Batteriekapazität	8 kWh
Modellierter Leistungskoeffizient	−0,4 % pro Kelvin
Vergleichstemperatur	25 °C

Hinweis: Die Angaben beschreiben ein Rechenmodell, keine Freigabe für eine elektrische Auslegung oder Verschaltung.

Energie-Diagnosefall

Die Auswertung eines Simulators zeigt zwei idealisierte Tagesverläufe.

Messgröße	Vergleichstag	Untersuchungstag
Modellierter PV-Tagesertrag	24 kWh	18 kWh
Anlagenausrichtung	unverändert	unverändert
Simulation der Einstrahlungsbedingungen	gleich	gleich
Zelltemperatur im Temperaturvergleich	25 °C	55 °C
Zusätzliche Teilverschattung	keine	vorhanden

Diagnosefrage: Um wie viel Prozent ist der modellierte Tagesertrag gesunken?

Berechnung: (24 − 18) ÷ 24 × 100 = 25 %.

Deine Bewertung: Die 25 % sind der gesamte Unterschied zwischen diesen beiden simulierten Fällen. Es ist nicht zulässig, daraus ohne weitere getrennte Simulation zu schließen, dass die Verschattung allein 25 % verursacht hat.

Begründetes Feedback: Temperatur und Verschattung verändern beide die elektrische Leistung. Um ihre Einzelbeiträge zu bestimmen, brauchst Du Vergleichssimulationen, bei denen jeweils nur eine Einflussgröße verändert wird.

Drei gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Orientierung: Unterscheide Nennleistung, Momentanleistung und Tagesenergie. Prüfe außerdem, ob Zelltemperatur und Einstrahlung tatsächlich vergleichbar sind.

Hilfe 2 – Berechnung: Teile eine Ertragsdifferenz durch den Ertrag des Vergleichsfalls. Beim Temperaturkoeffizienten verwendest Du dagegen die Temperaturdifferenz in Kelvin.

Hilfe 3 – Diagnose: Betrachte drei virtuelle Szenarien: nur höhere Temperatur, nur Verschattung und beide Einflüsse zusammen. Vergleiche die Ergebnisse, bevor Du eine Ursache priorisierst.

Lerneinheit 6: Sichere Diagnose und Fachfreigaben

Leitfrage: Was darfst Du im Ausbildungsfall selbstständig beurteilen und wann ist eine Fachkraft erforderlich?

Abbildung: Thermografische Darstellung eines PV-Moduls mit Zellauffälligkeit und Schattenwirkung. Quelle: Hugues Crepin, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Thermografische Auffälligkeiten können Hinweise liefern. Sie beweisen allein jedoch noch keine bestimmte Fehlerursache.

Ein auffälliger Temperaturbereich kann beispielsweise mit Teilverschattung oder einem elektrischen Defekt zusammenhängen. Die Einordnung erfordert geeignete Messbedingungen und fachliche Prüfung.

Sichere Ausbildungsaktivitäten:

Anlagendokumentation: Freigegebene Schaltbilder und Betriebsprotokolle lesen.
Energiemonitoring: Historische Daten und Simulationsergebnisse vergleichen.
Fehlerdiagnose: Auffälligkeiten dokumentieren und mögliche Ursachen begründet priorisieren.
Arbeitssicherheit: Gefährdungen erkennen und an zuständige Fachkräfte melden.

Keine eigenständigen Arbeiten an realen DC-Verbindungen, offenen Speichergehäusen oder Hochvoltsystemen.

PV-Module können bei Beleuchtung weiterhin Gleichspannung bereitstellen, auch wenn andere Anlagenteile abgeschaltet sind. Batteriespeicher besitzen eigene Energiequellen. Die Gefährdungen sind deshalb nicht durch einen einfachen Blick auf die AC-Versorgung ausgeschlossen.

Für Planung, Errichtung, Prüfung, Instandhaltung und Netzanschluss sind die jeweils geltenden technischen Regeln, Herstellervorgaben, betrieblichen Zuständigkeiten und erforderlichen Fachqualifikationen zu prüfen.

Stand der Quellenprüfung: Oktober 2026.

Für Deutschland sind unter anderem relevant:

VDE-AR-N 4105:2026-03: Anschluss und Betrieb von Erzeugungsanlagen und Speichern am Niederspannungsnetz.
VDE-AR-N 4100:2026-04: Technische Anschlussregeln für Kundenanlagen.
VDE-AR-E 2510-50: Sicherheitsanforderungen für stationäre Lithium-Batteriespeichersysteme im entsprechenden Anwendungsbereich.
DGUV Information 203-080: Hinweise zur Gefährdungsbeurteilung bei Montage und Instandhaltung von PV-Anlagen.

Praxisregel: Vor jeder realen Tätigkeit müssen die verantwortlichen Personen die aktuelle Regelwerkslage, konkrete Fachqualifikation, Arbeitsanweisung und Freigabe prüfen. Eine Kursteilnahme ersetzt dies nicht.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche elektrische Stromart erzeugen PV-Module unmittelbar? (Gleichstrom) (!Wechselstrom) (!Drehstrom) (!Ausschließlich Blindstrom)

Was beschreibt die Einheit kWp? (Die Nennleistung unter Standard-Testbedingungen) (!Den täglichen Stromverbrauch) (!Die Speicherkapazität) (!Die elektrische Energie eines Jahres)

Welche Aussage zu Teilverschattung ist richtig? (Sie kann überproportionale Leistungsverluste verursachen) (!Sie reduziert den Ertrag immer proportional zur Schattenfläche) (!Sie beeinflusst nur die äußere Modulfarbe) (!Sie erhöht grundsätzlich den Wirkungsgrad)

Welche Aufgabe haben Bypassdioden in PV-Modulen? (Sie können den Strom an beeinträchtigten Zellgruppen vorbeiführen) (!Sie erzeugen zusätzliche Sonnenenergie) (!Sie speichern elektrische Energie) (!Sie ersetzen den Wechselrichter)

Was bewirkt eine höhere Zelltemperatur bei üblichen kristallinen Siliziummodulen unter sonst gleichen Bedingungen? (Die elektrische Leistung sinkt typischerweise) (!Die elektrische Leistung steigt grundsätzlich) (!Die Nennleistung des Datenblatts verändert sich) (!Die Einstrahlung wird automatisch größer)

Welche Leistung ergibt das vereinfachte Modell für ein 400-Wp-Modul bei 55 Grad Zelltemperatur und einem Koeffizienten von minus 0,4 Prozent pro Kelvin? (352 Watt) (!400 Watt) (!448 Watt) (!200 Watt)

Wie groß ist die Ertragsminderung beim Rückgang von 24 auf 18 Kilowattstunden? (25 Prozent) (!6 Prozent) (!18 Prozent) (!75 Prozent)

Wie viel Energie liefert ein Speicher bei 4 Kilowattstunden Ladeenergie und angenommenen 90 Prozent Gesamtwirkungsgrad nach dem vollständigen Zyklus? (3,6 Kilowattstunden) (!4,4 Kilowattstunden) (!9 Kilowattstunden) (!0,4 Kilowattstunden)

Wie kannst Du Temperatur- und Verschattungseinflüsse sinnvoll unterscheiden? (Durch Vergleichssimulationen mit jeweils nur einer veränderten Einflussgröße) (!Durch Betrachtung der Modulfarbe) (!Allein durch die Nennleistung) (!Durch Vergrößerung der Speicherkapazität)

Was ist bei einer ungewöhnlichen Warnmeldung eines stationären Hochvoltspeichers im Ausbildungsfall richtig? (Keine Eingriffe durchführen und die zuständige Fachkraft informieren) (!Das Batteriegehäuse selbstständig öffnen) (!Die elektrischen Anschlüsse versuchsweise verändern) (!Die Warnmeldung grundsätzlich ignorieren)

Auswertungsfeedback: Prüfe bei falschen Antworten zuerst, ob Du Leistung und Energie, Zell- und Umgebungstemperatur oder elektrische Diagnose und zulässige Tätigkeit verwechselt hast. Wiederhole anschließend die passende Lerneinheit.

Memory

Ordne die technischen Begriffe ihren passenden Bedeutungen zu.

Einstrahlung	Einfallende Sonnenenergie auf eine Fläche
Bypassdiode	Strompfad um eine beeinträchtigte Zellgruppe
Temperaturkoeffizient	Beschreibt die relative Leistungsänderung je Kelvin
Wechselrichter	Umwandlung zwischen Gleichstrom und Wechselstrom
Eigenverbrauch	Direkte oder zwischengespeicherte Nutzung selbst erzeugter Energie
Batteriemanagementsystem	Überwachung und Schutz des Speichers
Stand-by-Verbrauch	Energiebedarf im Bereitschaftsbetrieb
Hotspot	Lokal begrenzter Bereich erhöhter Temperatur

Drag and Drop

Ordne Beobachtungen der passenden fachlichen Einordnung zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Beobachtung
Teilverschattung	Schatten durch einen Kamin
Temperaturwirkung	Geringere Leistung bei höherer Zelltemperatur und gleicher Einstrahlung
Speicherverlust	Abgegebene Energie ist geringer als aufgenommene Ladeenergie
Eigenverbrauch	Solarstrom wird im Gebäude genutzt
Fachprüfung	Auffälliger Temperaturbereich mit ungeklärter Ursache
Datenauswertung	Vergleich historischer Energieverläufe
Anlagensicherheit	Unbekannte Warnmeldung am Batteriesystem

Feedback: Eine korrekte Zuordnung trennt physikalische Einflussgrößen, betriebliche Energieflüsse und Sicherheitsentscheidungen. Eine thermografische Auffälligkeit ist noch keine abschließende Fehlerdiagnose.

Kreuzworträtsel

Einstrahlung	Welche physikalische Einflussgröße beschreibt die auf eine Fläche treffende Sonnenenergie?
Bypassdiode	Welches Bauelement kann den Strom um eine verschattete Zellgruppe herumführen?
Wechselrichter	Welches Gerät übernimmt in einer PV-Anlage die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom?
Modultemperatur	Welche Temperaturgröße beeinflusst die elektrische Leistungsabgabe der Solarzellen?
Eigenverbrauch	Wie heißt die Nutzung selbst erzeugter elektrischer Energie im eigenen Gebäude?
Batteriemanagement	Welches System überwacht wichtige Zustände einer Batterie und unterstützt deren Schutz?

LearningApps

Hier kannst Du nach weiteren interaktiven Übungen suchen.

Dies ist eine thematische Suche nach vorhandenen LernApps, keine Zusicherung einer eigens erstellten Anwendung.

Lückentext

Eine Photovoltaikanlage wandelt Lichtenergie in

Energie um.

Die elektrische Nennleistung einer PV-Anlage wird häufig in

angegeben.

Die elektrische Energie wird in

gemessen.

Ein Schatten auf einem Solarmodul wird als

bezeichnet.

Ein möglicher Strompfad an verschatteten Zellgruppen vorbei wird durch eine

ermöglicht.

Die Leistungsänderung je Kelvin wird durch den

beschrieben.

Bei höherer Zelltemperatur sinkt typischerweise die elektrische

eines kristallinen Siliziummoduls.

Ein stationärer Batteriespeicher kann Energie zeitlich

.

Die Nutzung selbst erzeugter elektrischer Energie heißt

.

Eine lokale Überhitzung eines PV-Moduls kann als

bezeichnet werden.

Ein Batteriespeicher benötigt ein geeignetes

für Überwachungs- und Schutzfunktionen.

Vor einer realen elektrischen Tätigkeit müssen die erforderlichen

geprüft werden.

Ausbildungsaufgaben mit gestuften Anforderungen

Basisaufgabe: Energie verstehen

Situation: Ein sicherer Simulator zeigt zwei Stunden lang eine konstante PV-Leistung von 3 kW.

Auftrag: Berechne die erzeugte Energie.

Erwartete Lösung: 6 kWh.

Begründetes Feedback: Leistung beschreibt die momentane Umwandlungsrate. Erst die Multiplikation mit der Zeit ergibt die Energie. Eine Angabe von 6 kW wäre deshalb die falsche Einheit.

Anwendungsaufgabe: Temperatur beurteilen

Situation: Zwei virtuelle Module besitzen dieselbe Nennleistung und erhalten dieselbe Einstrahlung. Modul A hat 25 °C Zelltemperatur, Modul B 45 °C. Der angenommene Leistungskoeffizient beträgt −0,4 % pro Kelvin.

Auftrag: Berechne den prozentualen Leistungsunterschied im linearen Modell.

Erwartete Lösung: 8 % geringere Leistung bei Modul B.

Begründetes Feedback: Die Temperaturdifferenz beträgt 20 K. Mit 20 × 0,4 % ergibt sich eine Minderung von 8 %. Andere Betriebsbedingungen müssen für diesen Vergleich gleich bleiben.

Transferaufgabe: Diagnoseentscheidung

Situation: Eine PV-Anlage zeigt an mehreren Tagen zur gleichen Uhrzeit einen deutlichen Leistungsrückgang. Im Gebäudemodell liegt ein Kamin in der Nähe eines Modulbereichs. Gleichzeitig unterscheiden sich die Zelltemperaturen.

Auftrag: Entwickle einen Plan zur Ursachenbewertung mit dokumentierten Messdaten und sicheren Simulationen.

Erwartete Vorgehensweise: Beobachtungen dokumentieren, Einstrahlung und Zelltemperatur vergleichen, Schattenverlauf simulieren, Kontrollszenarien anlegen und mögliche Ursachen gegeneinander prüfen.

Begründetes Feedback: Ein wiederkehrender Leistungseinbruch ist ein Hinweis, aber kein Beweis für Verschattung. Eine fundierte Diagnose trennt mehrere Einflussgrößen und vermeidet voreilige Schlussfolgerungen.

Offene Aufgaben

Leicht

Anlagenschema: Erstelle ein beschriftetes Bild, das die Energieflüsse von PV-Modulen über den Wechselrichter bis zum Verbraucher zeigt. Feedback: Die Darstellung ist nachvollziehbar, wenn Stromart und Energieflussrichtungen korrekt sind.
Verschattung: Suche in den bereitgestellten Bildern drei mögliche Schattenquellen und markiere sie. Feedback: Richtig ist eine Unterscheidung zwischen Schattenursache und vermuteter Ertragswirkung.
Solarenergie: Gestalte eine kleine Infografik, die kW, kWp und kWh erklärt. Feedback: Achte auf die Trennung von Leistung, Nennleistung und Energie.
Batteriespeicher: Verfasse einen kurzen Erklärungstext zum Nutzen eines stationären Speichers. Feedback: Die zeitliche Verschiebung von Energie muss erkennbar sein.

Standard

Temperaturkoeffizient: Erstelle eine Tabelle für die modellierte Leistung eines 400-Wp-Moduls bei 25 °C, 35 °C, 45 °C und 55 °C mit einem angenommenen Leistungskoeffizienten von −0,4 % pro Kelvin. Feedback: Die Leistung muss mit steigender Temperatur im linearen Modell abnehmen.
Gebäudemodell: Zeichne ein Dach mit Kamin, Baum und Nachbargebäude. Entwickle zwei unterschiedliche Schattenfälle für verschiedene Sonnenstände. Feedback: Schattenrichtung und mögliche Verschattungszeit müssen plausibel begründet werden.
Energiefluss: Gestalte ein digitales Diagramm mit Tageserzeugung, Direktverbrauch, Batterieladung und Netzbezug auf Grundlage selbst festgelegter konsistenter Simulationswerte. Feedback: Die Energiebilanz muss nachvollziehbar bleiben.
Technische Dokumentation: Erstelle ein Diagnoseprotokoll für den Ausbildungsfall mit Beobachtung, Hypothese, sicheren Prüfdaten und einer begründeten Entscheidung. Feedback: Trenne festgestellte Tatsachen von Vermutungen.

Schwer

Ertragsprognose: Vergleiche zwei virtuelle PV-Standorte mit unterschiedlicher Dachausrichtung und Verschattung in einem geeigneten Simulationsprogramm. Feedback: Dokumentiere die Annahmen und die Grenzen des Modells.
Fehleranalyse: Entwickle einen Entscheidungsbaum, mit dem niedrige PV-Erträge auf mögliche Ursachen wie Einstrahlung, Temperatur, Verschattung oder Umwandlungsverluste untersucht werden. Feedback: Deine Entscheidungen müssen durch Daten und Vergleichsfälle begründbar sein.
Speicheroptimierung: Vergleiche zwei fiktive Speichergrößen anhand eines simulierten Haushaltslastprofils und berücksichtige Verluste sowie die vorhandene PV-Energie. Feedback: Ein größerer Speicher ist nicht automatisch energetisch oder wirtschaftlich vorteilhafter.
Berufliche Handlungskompetenz: Produziere ein kurzes Schulungsvideo über die sichere digitale Diagnose einer PV-Anlage. Feedback: Zeige nur Schaltbilder, Daten und Simulatoren. Benenne die Grenzen eigenständiger Arbeiten und die notwendigen betrieblichen Freigaben.

Lernkontrolle

Die folgenden Aufgaben prüfen vor allem das Verständnis von Zusammenhängen und die Fähigkeit zur Anwendung.

Verschattungsanalyse: Zwei gleich große Dachflächen zeigen unterschiedliche Tageserträge. Entwickle mindestens drei plausible Erklärungen und beschreibe, wie Du sie ohne Eingriff in die elektrische Anlage untersuchen würdest.
Temperaturvergleich: An einem sonnigen, heißen Tag sinkt bei gleicher Einstrahlung die elektrische Leistung eines PV-Moduls. Erkläre diesen Zusammenhang und nenne Grenzen eines linearen Temperaturmodells.
Energiemanagement: Eine Werkstatt benötigt überwiegend abends Strom. Beurteile, wie ein Batteriespeicher die zeitliche Nutzung des PV-Ertrags verändern kann und welche Verluste dabei auftreten.
Systemvergleich: Zwei unterschiedliche PV-Speichersysteme besitzen dieselbe nutzbare Batteriekapazität. Erkläre, weshalb sie trotzdem unterschiedliche Mengen an Energie an die Verbraucher liefern können.
Diagnoseplanung: Ein digitales Überwachungssystem meldet einen auffälligen Leistungsabfall und eine ungewöhnliche Temperaturverteilung. Erstelle eine priorisierte Liste geeigneter, sicherer Auswertungsschritte und begründe, wann eine Fachprüfung erforderlich ist.
Beruflicher Transfer: Eine Kundin möchte wegen verschattungsbedingter Ertragseinbußen ausschließlich einen größeren Speicher kaufen. Formuliere eine fachlich begründete Beratung und erläutere, welche Untersuchungen vor einer Empfehlung notwendig wären.

Bewertungskriterien: Fachliche Richtigkeit, nachvollziehbare Annahmen, passende Einheiten, klare Trennung von Ursachen und Wirkungen, begründete Entscheidungen und konsequente Einhaltung der Sicherheitsgrenzen.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis erstellst Du ein digitales Portfolio zum Ausbildungsfall „Werkstatt Sonnendach“.

Das Portfolio soll enthalten:

Anlagenübersicht: Ein beschriftetes PV-Speicher-Schema mit Energieflussrichtungen.
Verschattungsmodell: Eine Gebäudeskizze mit plausiblen Schattenquellen und zeitlichen Einflüssen.
Temperaturberechnung: Eine nachvollziehbare Berechnung einschließlich Einheiten und Modellannahmen.
Energiebilanz: Eine Auswertung von Erzeugung, Verbrauch und Speicherverlusten.
Diagnosebericht: Eine begründete Bewertung möglicher Ertragsverluste mit erkennbarer Unsicherheit.
Sicherheitsbewertung: Eine schriftliche Erklärung, welche Tätigkeiten ausschließlich simuliert wurden und welche betrieblichen Zuständigkeiten bei realen Anlagen zu prüfen sind.
Quellenverzeichnis: Nachvollziehbare Angaben zu Fachinformationen, Abbildungen und verwendeten Simulationen.

Wichtig: Der Lernnachweis bewertet theoretische und analytische Kompetenzen. Er berechtigt weder zur Arbeit an elektrischen Anlagen noch an Hochvoltsystemen oder Traktionsbatterien.

OERs zum Thema

Wikipedia: Photovoltaik

Wikipedia: Batteriespeicher

Fachinformationen und Simulation

EU-JRC PVGIS:

PVGIS – Photovoltaic Geographical Information System

Das europäische Forschungszentrum JRC bietet ein Werkzeug zur Abschätzung von Sonneneinstrahlung und PV-Energieerträgen.

Wichtig: Die standardmäßigen Geländehorizontdaten erfassen kleinräumige Verschattungen durch nahe Bäume oder Gebäude nicht ausreichend. Solche Hindernisse müssen gesondert betrachtet werden.

Video: Using PVGIS to Calculate Solar Yield for Renewable Energy Projects. Ergänzendes englischsprachiges Lernmaterial.

Weitere geprüfte Fachquellen:

Europäische Kommission – PVGIS-Benutzerhandbuch: Einstrahlung, Temperaturwirkung und Ertragsberechnung.
Europäische Kommission – Datenquellen und Berechnungsmethoden: Grenzen von Modellrechnungen und lokalen Schattenannahmen.
Fraunhofer IMWS: Teilverschattung, lokale Überhitzung und Modulzuverlässigkeit.
HTW Berlin – Stromspeicher-Inspektion 2026: Energieeffizienz, Umwandlungsverluste und Stand-by-Verbrauch.
VDE FNN – Speicher netzverträglich anschließen: Anschluss- und Betriebskonzepte stationärer Speicher.
BG ETEM – DGUV Information 203-080: Elektrische und weitere Gefährdungen bei Arbeiten an PV-Anlagen.

Medienrechte und Quellenprüfung

Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden anhand ihrer Dateibeschreibungsseiten auf Herkunft und angegebene Lizenz geprüft.

Abbildung	Urheber	Angegebene Lizenz
Anlagenschema	S-kei	CC0
PV-Energiefluss	Pedalito	CC0
PV-Verschattung	Asurnipal	CC BY-SA 4.0
Modulverschaltung	César Domínguez	CC BY-SA 4.0
Bypassdioden	wdwd	CC BY-SA 4.0
Temperaturkennlinien	César Domínguez	CC BY-SA 4.0
Haushaltsspeicher	Yan lance	CC0
Batteriespeichersystem	Droompny	CC BY-SA 4.0
Thermografie	Hugues Crepin	CC BY-SA 3.0

Für CC-BY-SA-Medien gelten die jeweiligen Namensnennungs-, Lizenzverweis- und Weitergabebedingungen. Bei Bearbeitungen sind erforderliche Änderungsangaben zu ergänzen. Maßgeblich bleiben die verlinkten Dateiseiten.

YouTube-Hinweis: Die eingebetteten Videos sind externe Streamingangebote. Ihre Einbindung bedeutet nicht, dass sie unter einer freien OER-Lizenz stehen. Für Download, Bearbeitung oder Weiterverbreitung sind gesonderte Rechte erforderlich. Verfügbarkeit und Einbettungseinstellungen können sich ändern.

Die didaktischen Rechenwerte und Gebäudemodelle dieses Kurses sind eigens formulierte Beispiele und ausdrücklich keine Herstellerdaten.