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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 Gesamt-Ertrag einer Solar-Anlage hat.
Wie wirkt sich aber
die Ausrichtung einer Anlage auf die möglichen Erträge
zu unterschiedlichen Jahreszeiten aus?
Und wie ist die Auswirkung der Ausrichtung auf die mögliche
Energieproduktion im Tagesverlauf?
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.
Die maximale Leistung kann in diesem Fall nur ca. 75% der nominalen
Peakleistung erreichen.
Die Energie fällt hauptsächlich abends an.
Und im Winter können nur sehr geringe Energiemengen geerntet
werden.
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.
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Bild:
Geometrischer Wirkungsgrad
/ Kurven maximaler Leistung einer 1 kWp-Anlage mit Ausrichtung
nach Westen und gängiger Dachneigung von 45° |
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Nach Osten oder Westen
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.
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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. |
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Hinweis
Keine Gewähr oder
Haftung für technische oder rechnerische Einzelheiten.
und
immer willkommen :
Kontakt
Immanuel Hahnenstein
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