Ausrichtung einer Photovoltaikanlage

Kurz und knapp: Fast jedes Dach ist für eine Photovoltaikanlage geeignet. Auch in Hamburg.
Diese Seite soll aufzeigen, wie gering der Effizienzverlust bei einer Abweichung des Neigungswinkels und der Ausrichtung vom Ideal ist.
Abweichungen von bis zu 70° von der Südausrichtung, und bis zu 20° in der Neigung führen zu kaum oder nur zu geringen Einbußen.

Photovoltaikanlagen sollten wirtschaftlich betrieben werden. Erfreulicherweise sind die Module nicht mehr allzu teuer und so wird schnell klar, dass man lieber ein paar Module mehr auf das Dach packt, als kompolizierte und unansehnliche Aufständerungen zur Optimierung von Neigungswinkel und Ausrichtung zu erreichen. Vorausgesetzt, der Platz ist vorhanden.

Selten wird ein Haus unter Berücksichtigung der perfekten Ausrichtung der Solaranlage gebaut und so muss der Hausbesitzer mit den Gegebenheiten leben und für sich entscheiden, ob die Installation einer Photovoltaikanlage sinnvoll ist.

Photovoltaikanlage Ausrichtung und Neigung

Jedes Kind kennt das Sprichwort „Im Osten geht die Sonne auf, im Süden nimmt sie ihren Lauf, im Westen wird sie untergehen, im Norden ist sie nie zu sehen.“ Neben der Globalstrahlung ist die Ausrichtung der Solarmodule ein wesentlicher Faktor für den Ertrag der Photovoltaikanlage. Der Wirkungsgrad ist am höchsten, wenn das Sonnenlicht direkt im rechten Winkel auf das Modul fällt. Doch da die Sonne wandert und i.d.R. das Modul fest montiert ist, ergibt sich ohnehin nur ein kurzer Zeitraum, wo diese Idealbedingungen annähernd gegeben sind. Das ist aber nicht weiter tragisch, denn auch bei nicht ganz idealen Bedingungen haben die PV-Module einen sehr hohen Wirkungsgrad.

Ausrichtung und Neigung einer Photovoltaikanlage in Hamburg

In Hamburg würde ein Solarmodul den höchsten Ertrag bei einer Süd-Ausrichtung und einem Neigungswinkel von ca. 35° erreichen. Tatsächlich aber findet man eine solche Ausrichtung auf Hausdächern eher selten.

Bei Steildächern ist die Ausrichtung und Neigung durch den Dachaufbau vorgegeben. Jeder Versuch der Optimierung der Ausrichtung wäre unansehnlich, statisch schwierig und kostspielig, so dass in der Regel ein paralleler Aufbau zur Dachhaut vorgenommen wird. Lediglich ein nach Norden ausgerichtetes Dach würde man nach aktuellem Stand der Technik nicht unbedingt mit PV-Modulen belegen.
Nach Süden ausgerichtete Dächer sind super, aber auch nach Osten und Westen ausgerichtete Dächer lassen sich wirtschaftlich gut betreiben!

Flachdächer: Hohe Flexibilität bei Ausrichtung und Aufständerung

Bei Flachdächern kann man die Ausrichtung der Module selber bestimmen. Bei einer Südausrichtung & steiler Aufständerung (35°) dürfen die Module in zweiter Reihe aber nicht durch die erste Reihe verschattet werden, da dies zu einem erheblichen Leistungsverlust führen würde! Flachdächer werden heutzutage daher kaum noch nach diesem Idealkriterium (Süd, 35° Aufständerung) belegt, sondern mit einer Ost-West-Ausrichtung und flachem Neigungswinkel von 10°-15°, da der flache Winkel kaum verschattet und morgens die nach Osten ausgerichteten Module sehr gut ausgerichtet sind, wie abends die nach Westen ausgerichteten Module die letzten Sonnenstrahlen in einem guten Winkel einfangen.
Eine größere Fläche (mehr Module) hebt eine suboptimale Ausrichtung auf. Die bessere Ausnutzung der Dachfläche durch Belegung derselben Fläche mit mehr Modulen (Ost-West) ist in erster Linie durch die Verschattung einer steilen Aufständerung bei einer Südausrichtung begründet. Hinzu kommt, dass eine steile Aufständerung von 35° eine großen Angriffsfläche für den Wind bietet und mit verhältnismäßig viel Gewicht und Kraft gesichert werden muss, was die Dachkonstruktion statisch möglicherweise gar nicht hergibt. – Unbedingt prüfen!

Wie gering der Effizienzverlust bei einer Abweichung des Neigungswinkels und der Ausrichtung vom Ideal ist, zeigt folgende Tabelle mit dem Prozentanteil vom maximal möglichen Ertrag in Abhängigkeit der Ausrichtung einer PV-Anlage in Deutschland:

Erläuterung der Ausrichtungswinkel / Neigungswinkel-Tabelle für Solaranlagen


Eine direkt nach Süden ausgerichtete Anlage (= AUSRICHTUNG Zeile 0°) mit einem NEIGUNGSWINKEL von 35° erreicht 100% LeistungLeistung Die elektrische Arbeit (=Leistung) in 1 Sekunde, in Watt gemessen und mit dem Buchstaben "P" dargestellt. 1 Watt entspricht 1 Joule pro Sekunde, wobei Joule im internationalen Einheitssystem für Energie steht. 1 Watt ist jene Leistung, die nötig ist, um eine Arbeit von einem Joule eine Sekunde lang zu verrichten. 1 Joule [J] = 1 Wattsekunde [Ws] = 1 VAs = 1 N m = 1 kg m2 s−2..
Eine nach um 90° nach Osten (oder Westen) abweichende Ausrichtung des Moduls bei einem Neigungswinkel von 10° erreicht knapp 86% Leistung.
Ein exakt horizontal flach auf dem Dach liegendes Modul würde zwar 86,5% Leistung erreichen, jedoch schnell verdrecken (–> Verschattung!), was die Effizienz dramatisch senkt. Neigungswinkel von 10-15° werden allgemeinhin als „selbstreinigend“ betrachtet, so dass Vogelkot, kleine Äste, Blütenstaub/ Sahara-Sand beim nächsten schweren Regenschauer weggespült wird und nicht auf dem Modul liegenbleibt.

Prozentuale Ausbeute einer PV-Anlage je nach Ausrichtung und Neigung

Aufständerung der Solarmodule – der perfekte Winkel

Anhand dieser Graphik läßt sich sehr schön erkennen, dass der perfekte Winkel der Aufständerung von Solarmodulen bei 35° liegt (Mitteldeutschland). In Hamburg würde man sogar einen Winkel zwischen 35°-40° nutzen. Hier hat das Modul die höchste Effizienz. Solche Neigungen werden aber in der Regel nur bei industriellen Freiflächenanlagen angelegt. Bei individuellen PV-Anlagen auf Hausdächern nimmt man i.d.R. den Winkel der Steildächer auf, da die Unterkonstruktion zur Fixierung der Module aus Kostengründen parallel zum Dach installiert wird. Die Mehrkosten für die Aufständerung bei Steildächern stehen nicht im Verhältnis zu den geringen Ertragsveränderungen von teils unter 1%.
Auf Flachdächern werden meist handelsübliche Unterkonstruktionen mit einer Aufständerung von 8°, 10° bis 15° verwendet. Es gibt zwar auch steilere Aufständerungen, allerdings sind diese sehr windanfällig, weshalb die Konstruktion dann massiv beschwert werden müsste (teils > 100 kg pro Modul) oder man Verankerungen im Dach fixieren muss, was zu Schäden in der Dachhaut führt. Für die schweren Gewichte wären nur die wenigsten Hausdächer statisch geeignet.

PV-Anlagen: Verschattung und Jahreszeiten

Die Ausrichtung der Module ist wichtig, aber auch bei nicht optimal ausgerichteten PV-Anlagen lässt sich ein vernünftiger Ertrag erwirtschaften. Negativ aber wirkt sich jede Form der Verschattung aus. Bei der Planung der PV-Anlage muss also der Sonnenverlauf berücksichtigt werden. Im Sommer steht die Sonne höher am Himmel als im Winter. Wo im Sommer hohe Ernten möglich scheinen, kann es im Winter zum Totalausfall kommen, da die umliegenden Bäume, Bebauungen oder sonstige „Hindernisse“ ggf. zu einer Verschattung führen.

Wirtschaftlichkeitsberechnung durch Fachkräfte für Solartechnik

Die groben Parameter haben wir oben beschrieben. Wie hoch der tatsächliche Ertrag sein wird, lässt sich anhand von spezieller Software ziemlich genau errechnen. Hierbei werden die Einstrahlungs-Mittelwerte der letzten 30 Jahre zugrunde gelegt. Es gibt gute und schlechte Jahre und so werden sich die Erträge in diesem und nächsten Jahr natürlich nicht exakt gleichen. Tendenziell wird -„klimawandel sei Dank“- die Erträge in Hamburg aber eher steigen.

Lassen Sie uns gerne eine solche Wirtschaftlichkeitsberechnung für Sie durchführen!

Globalstrahlung – Hamburg im Vergleich

Hamburg ist nicht unbedingt bekannt für gutes Wetter und tatsächlich ist der Ertrag einer Photovoltaikanlage im Süden höher als in Hamburg. Dennoch lassen sich in Hamburg PV-Anlagen wirtschaftlich betreiben, wenn die übrigen Faktoren (Ausrichtung, Neigung, Schatten –> siehe unten) stimmen.

Globalstrahlung in Europa - Potenzial elektrischer Energie durch Photovoltaik

Keinen Einfluss haben wir auf die sogenannte Globalstrahlung.
Dies ist die am Boden von einer horizontalen Ebene empfangene Sonnenstrahlung. Die Globalstrahlung setzt sich aus der direkten Strahlung (der Schatten werfenden Strahlung) und der gestreuten Sonnenstrahlung (diffuse Himmelsstrahlung) zusammen. Konkret: „der Strahlungsfluss, welcher auf eine horizontale Einheitsfläche des Erdbodens in einem bestimmten Spektralbereich (0.2-4 µm Wellenlänge) einfällt“.
Gemessen wird die Globalstrahlung in Watt pro Quadratmeter.
In Hamburg beträgt diese im Schnitt 955 kWh/m², optimal nach Süden ausgerichtete, unverschattete Flächen erreichen maximal 1.067 kWh/m².
Diese Globalstrahlung steigt tendenziell, je weiter man sich dem Äquator nähert, was auf den steileren Einfallswinkel der Sonnenstrahlen zurückzuführen ist. Aber auch die Luftreinheit oder Bewölkung oder Reflektion haben Einfluss auf diesen Wert. Wegen des veränderlichen Einfallswinkels des Direktstrahlungsanteils ist die Globalstrahlung im Sommer höher als im Winter und auch mittags ist sie stärker als morgens und abends.
Je direkter die Solarstrahlung auf die Photovoltaikanlage trifft, desto besser.

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