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Solar - Ausrichtung, Ertrag, Wirkungsgrad einer PV-Anlage

 

 

Auf dieser Seite:

Solar-Ertrag - eine Frage der Ausrichtung

Keine Angst vor Grafiken und Zahlen

Wirkungsgrad-Profile

45° Dachneigung

flach montierte Module

Module an der Wand

70° Modulneigung - für das Winterhalbjahr optimiert

Die Ergebnisse in Zahlen

Hinweis

Kontakt

 

 

Solar-Ertrag - eine Frage der Ausrichtung


Eine Solaranlage rentiert sich und macht Spaß, wenn sie viel produziert.


Wie stark Verschattung den Ertrag einer PV-Anlage schmälert, ist allgemein bekannt.
Und natürlich auch, dass die Ausrichtung der Solarmodule Einfluss auf den Ertrag der Solar-Anlage hat.

Aber die tatsächlichen Zahlenwerte ... ?


Ein einfacher Vergleich vorab.

Einen guten Ertrag liefert eine Photovoltaik-Anlage, die der Sonne zugewandt ist.


In Mitteleuropa (etwa 50. nördlicher Breitengrad) ist das eine Anlage mit
Süd-Ausrichtung und etwa 45° bis 55° Dachneigung.

 

Es werden aber auch Solaranlagen oder Anlagenteile errichtet, die weniger gut zur Sonne ausgerichtet sind. Die Erträge aus solchen Anlagen fallen grundsätzlich geringer aus als die Erträge aus gut ausgerichteten Anlagen.


Das ist beispielsweise bei einer NW-Ausrichtung der Fall.
Der Output beträgt hier nur etwa 1/3 des Optimums.

 

 

Keine Angst vor Grafiken und Zahlen


Der Einfluss der Modul-Ausrichtung (bezüglich Himmelsrichtung und Neigung) auf den Wirkungsgrad und auf die Ausbeute einer PV-Anlage soll am Beispiel einer Referenz-Anlage dargestellt werden.


Die Daten der Referenz-Anlage:

- geografische Lage     50° Nord   (z.B. Mainz, Prag)

- installierte Leistung   1 kWp


Variiert werden die

- geografische Ausrichtung der Anlage
  ( N - NO - O - SO - S - SW - W - NW )

- Modulneigung
  ( "Dachneigung" von   0° , 15° , 30° , 45° , 60° , 75° , 90° vs. Horizontale )

 

Der Anlagen-Wirkungsgrad wird unter Berücksichtigung des Einstrahlungsvektors (Zusammenspiel zwischen dem Verlauf des Sonnenstands und der Modulausrichtung) als geometrischer Wirkungsgrad bestimmt.   Streulicht wird nicht berücksichtigt.

 

Zur Bewertung des geometrischen Wirkungsgrads einer Solaranlage wird ein Jahresvergleichswert gebildet.

Dazu wird die maximal mögliche Energieproduktion der Anlage an 4 ausgewählten Tagen im Jahr (Tag- und Nacht-Gleiche im Frühling, Sommersonnenwende, Tag- und Nacht-Gleiche im Herbst, Wintersonnenwende) unter rein geometrischen Bedingungen bestimmt. Diese 4 Tages-Energiewerte werden anschließend addiert.

Der Jahresvergleichswert stellt einen relativen Anhaltswert für das theoretische Produktionspotential einer Solaranlage dar.
Basis sind ausschließlich die geografische Ausrichtung der Anlage und die Modulneigung.
Weitere Besonderheiten wie z.B. Verschattung oder Wettereffekte zu unterschiedlichen Jahreszeiten sind in diesem Vergleichswert nicht berücksichtigt.

Das Verfahren enthält eine systematische Ungenauigkeit: Die Sommerproduktion der Solaranlage wird etwas überschätzt, die Winterproduktion leicht unterschätzt.

Die Größe des Jahresvergleichswerts beträgt ungefähr 1/30 der tatsächlichen Jahresproduktion einer entsprechenden Anlage.
Der Vergleichswert sollte jedoch nur für den Vergleich unterschiedlich ausgerichteter Anlagen und nicht für die Prognose der tatsächlichen Produktion einer konkreten Anlage herangezogen werden, da weitere wichtige Aspekte örtlicher Besonderheiten (z.B. örtliche Verschattung) nicht berücksichtigt sind.

 

Wirkungsgrad-Profile


Als Beispiel einige ausgewählte Wirkungsgrad-Profile für die Ausrichtung einer Solaranlage in unterschiedliche Himmelsrichtungen.

 


In dieser Vergleichsreihe ist die Modulneigung (Dachneigung) konstant und beträgt 45°.


Ausrichtung ...

Nord

Nordwest

West

Südwest

Süd

 

Die Profile für eine Anlagen-Ausrichtung nach Nordost, Ost und Südost sind mit den Diagrammen der Himmelsrichtungen Nordwest, West und Südwest vergleichbar und sehen jeweils an der 12:00 Uhr - Achse gespiegelt aus.

z.B.:     Nordwest  <->  Nordost

 

... und bei 45° Dachneigung rutscht auch der Schnee ab.

 

 


 

 

Das Wirkungsgrad-Profil für die ebene Montage einer Solaranlage - z.B. auf einem Flachdach (Dachneigung 0°)


Neben einem um ca. 30% geringeren Ertrag gegenüber einer optimal ausgerichteten Anlage ist eine ebene Montage zusätzlich nachteilig, da Verunreinigungen auf den Modulen von Regen nicht abgewaschen werden und im Winter Schnee von den Modulen nicht abrutscht.

 

 


 

 

Die Wirkungsgrad-Profile für die senkrechte Montage von Solarmodulen z.B. an Gebäudewänden


Ausrichtung ...

Nord

Nordwest

West

Südwest

Süd

 

Die Profile für eine Anlagen-Ausrichtung nach Nordost, Ost und Südost sind mit den Diagrammen der Himmelsrichtungen Nordwest, West und Südwest vergleichbar und sehen jeweils an der 12:00 Uhr - Achse gespiegelt aus.

 

 


 

 

Wirkungsgrad-Profile einer Anlage mit 70° Modulneigung

  -   bei Süd-Ausrichtung optimal für das Winterhalbjahr   (z.B. für Heizzwecke)


Ausrichtung ...

Nord

Nordwest

West

Südwest

Süd

 

Die Profile für eine Anlagen-Ausrichtung nach Nordost, Ost und Südost sind mit den Diagrammen der Himmelsrichtungen Nordwest, West und Südwest vergleichbar und sehen jeweils an der 12:00 Uhr - Achse gespiegelt aus.

 

 


 

Die Ergebnisse in Zahlen


Klar und allgemein bekannt:    
Den größten Jahresertrag liefert ...

- eine nach Süden ausgerichtete PV-Anlage
- mit einer Modulneigung von ca. 45° bis 55°   (bei einer Lokation ungefähr auf dem 50. nördlichen Breitengrad)


Die unauffällige Anlage:    
Horizontal montierte Solarmodule z.B. auf einem Flachdach

- liefern in unseren Breiten nur ca. 2/3 des Ertrags einer optimal ausgerichteten Anlage
- bringen in Mitteleuropa zwar hohen Ertrag im Sommer, aber nur geringen Ertrag im Winter
- sind eigentlich nur am Äquator sinnvoll - wenn man sie putzt


Glänzende Fassade:    
Vertikal montierte Module z.B. an der Gebäudehülle

- liefern in unseren Breiten maximal 3/4 des Ertrags einer optimal ausgerichteten Anlage
- zeigen akzeptable Wirkungsgrade nur bei weitgehend südlicher Ausrichtung
- leiden häufig zusätzlich unter Verschattung


Speziell:    
Eine für hohen Ertrag im Winterhalbjahr optimierte Anlage - z.B. für Heizzwecke

- ist nach Süden ausgerichtet
- besitzt eine Modulneigung von ca. 70°  (bei einer Lokation ungefähr auf dem 50. nördlichen Breitengrad)
- produziert im Winter ca. 15% mehr Energie als eine jahresoptimierte Anlage mit 45° Modulneigung
- lässt eine (nur) um ca. 7% geringere Jahresproduktion erwarten (Einbuße im Sommer ca. 25%)

 

Welcher Wirkungsgrad kann von einer - wie auch immer - ausgerichteten Solaranlage erwartet werden ?



Im wesentlichen sind gute und akzeptable geometrische Wirkungsgrade bei Solaranlagen zu erwarten, die geografisch in den südlichen Halbkreis ausgerichtet sind.

Gute Wirkungsgrade beschränken sich auf Ausrichtungen von Südost über Süd bis Südwest. Dabei sollte eine flache Montage wegen Verschmutzung der Solarmodule und Verschneiung im Winter vermieden werden (bis zu Neigungen von etwa 30° rutscht Schnee nur schlecht von den Modulen).

Die dunkelgrau hinterlegten Bereiche der Anlagen-Ausrichtung (im wesentlichen Ausrichtungen in den nördlichen Halbkreis) sollten wegen schlechter Anlagen-Wirkungsgrade vermieden werden.

Die Werte gelten für eine Lokation der Solaranlage ungefähr auf dem 50. nördlichen Breitengrad.

 

Nach Osten oder Westen ausgerichtete Solaranlagen weisen grenzwertige geometrische Wirkungsgrade auf. Im Winter ist die Ausbeute solcher Anlagen gering.


Bild:

Geometrischer Wirkungsgrad / Kurven maximaler Leistung einer 1 kWp-Anlage mit Ausrichtung nach Westen und gängiger Dachneigung von 45°

So ausgerichtete Anlagen sind dann vorteilhaft, wenn elektrische Energie vorzugsweise morgens oder abends bereitgestellt werden soll und dazu kein oder nur ein kleiner Batteriespeicher betrieben wird.

 

Solaranlagen, die aus einem Ost-Teil  UND  einem West-Teil bestehen, bieten - je nach Aufteilung - weitere interessante Eigenschaften.

Bild:
Kurven maximaler Leistung einer Solaranlage, die aus 2 Anlagenteilen mit je 0,5 kWp besteht. Die Anlagenteile sind jeweils mit 45° Dachneigung nach Osten und Westen ausgerichtet.
Die Gesamtleistung der Solaranlage beträgt nominell 1 kWp, kann jedoch aufgrund der Anlagenaufteilung und O-W-Ausrichtung nur zu maximal 2/3 erreicht werden. Die Energie wird aber relativ gleichmäßig während des Tagesverlaufs produziert.

 

Hinweis

Keine Gewähr oder Haftung für technische oder rechnerische Einzelheiten.

 

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immer willkommen :

 

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Immanuel Hahnenstein

 

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Kategorien:

Photovoltaik Solar Ausrichtung Ertrag Wirkungsgrad Solaranlage Solarenergie Solarmodul Dach

© 2022 ff   Immanuel Hahnenstein

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