Photovoltaikanlagen werden vor allem unter Hausbesitzern immer beliebter. Die Idee, Strom selbst zu erzeugen, sich damit ein wenig unabhängiger zu machen und von Kosteneinsparungen zu profitieren, klingt für viele Menschen verlockend. Neben der Wahl der richtigen Anlage sowie der Art der Einspeisung gilt es primär die Dachneigung, Dachausrichtung und mögliche Verschattung zu beachten.
Bereits kleinste Fehler in Planung und Montage können sich negativ auf den Ertrag Ihrer Solaranlage auswirken. Um mögliche Fehler zu vermeiden, sollten Sie sich mit den Grundlagen vertraut machen.
Im Folgenden Artikel erklären wir Ihnen, was Sie bei der Ausrichtung Ihrer Fotovoltaikanlage beachten sollten. Außerdem zeigen wir Ihnen, welche alternativen Möglichkeiten es gibt, sollte das Dach Ihres Hauses keine optimale Ausrichtung zulassen.
Kurz und knapp: Was ist eine Photovoltaikanlage?
Grundsätzlich unterscheidet man die Nutzung von Sonnenenergie in zwei Arten:
- Photovoltaik
Diese wandelt das Sonnenlicht in elektrischen Strom um, welcher entweder ins öffentliche Netz eingespeist oder selbst verbraucht werden kann.
- Solarthermie
Basiert auf der Nutzung von Wärmeenergie durch Sonneneinstrahlung und wird vorrangig genutzt, um die Heizanlage zu unterstützen und Trink- und Duschwasser zu erwärmen.
Die Photovoltaikanlage unterteilt sich hierbei noch einmal in drei verschiedene Ausführungen:
- Die Volleinspeisanlage, welche 100 % der erzeugten Energie in das öffentliche Netz einspeist.
- Die Eigenverbrauchsanlage, welche zuerst den eigenen Strombedarf deckt und nur Überschuss ins öffentliche Netz einspeist.
- Inselanlagen, welche nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden sind. Der Strom wird hierbei direkt genutzt oder muss zwischengespeichert werden.
In den letzten Jahrzehnten haben sich der Wirkungsgrad und der Ertrag von Solaranlagen erheblich verbessert. Die heutigen Solarmodule sind leistungsfähiger und können aus weniger Licht mehr Strom produzieren als es noch vor einigen Jahren der Fall war. Dennoch ist es von essenzieller Wichtigkeit, dass alle Komponenten der PV-Anlage perfekt aufeinander abgestimmt und montiert werden. Den größten Einfluss auf den tatsächlichen Ertrag nehmen hierbei die richtige Ausrichtung und Neigung der Photovoltaikanlage.
Wo können Photovoltaik-Module angebracht werden?
Im Grunde sind der Fantasie kaum Grenzen gesetzt, wenn es um die Anbringung der PV-Module geht, weshalb immer neue Varianten dazu kommen. Dies sind die beliebtesten Installationsorte:
Photovoltaik-Anlage auf dem Schrägdach
Um das Montagesystem einfach zu halten und die Ästhetik des Gebäudes nicht negativ zu beeinflussen, wird beim Schrägdach die Ausrichtung in der Regel direkt auf die PV-Anlage übertragen.
Foto: Marco2811 / stock.adobe.comPhotovoltaikanlage auf dem Flachdach
PV-Anlagen auf dem Flachdach werden durch Verschraubungen oder beschwerte Auslastsysteme befestigt. Die Ausrichtung der einzelnen Module kann frei gewählt werden. Die PV-Anlage kann auf dem Flachdach also optimal ausgerichtet werden.
Foto: Marina Lohrbach / stock.adobe.comBauwerksintegrierte Photovoltaik-Anlage
Bei der Bauwerkintegrierten-Photovoltaik-Anlage – kurz BIPV – werden Teile des Daches oder der Fassade durch PV-Module ersetzt beziehungsweise ergänzt.
Freistehende Photovoltaikanlage
Frei stehende PV-Anlagen sieht man vorwiegend weit abseits von Gebäuden auf Deponien, Parkplätzen oder anderen Freiflächen. Sie können optimal ausgerichtet werden.
Schwimmende Photovoltaik-Anlage
Auch das Wasser wird für den Einsatz von PV-Anlagen genutzt. Dafür werden die einzelnen Module auf Schwimmkörpern montiert. Hierdurch sollen vor allem Inseln mit erneuerbarer Energie versorgt werden, doch auch ungenutzte Bagger- oder Stauseen können dafür genutzt werden.
Verkehrsintegrierte Photovoltaikanlage
Auch im Verkehrsbereich sind der Nutzung von Fotovoltaikanlagen kaum Grenzen gesetzt. Neben Parkplätzen und Lärmschutzwänden können die Module auch direkt auf Fahrzeugen installiert werden.
Die richtige Ausrichtung der Photovoltaikanlage
Das beste Ergebnis erzielt eine Photovoltaikanlage in Deutschland, wenn sie nach Süden ausgerichtet ist, um insbesondere die Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit optimal nutzen zu können. Da die Technik ständig voranschreitet, bringen moderne Anlagen auch noch bei Abweichungen von bis zu 30 % in Richtung Osten oder Westen sehr gute Ergebnisse. Es ist also nicht zwingend notwendig, dass Ihr Dach perfekt in Richtung Süden ausgerichtet ist, damit die Solaranlage rentabel arbeitet. Lediglich bei einer Ausrichtung gen Norden wird nicht ausreichende Energie erzielt, um die Kosten für eine PV-Anlage zu rechtfertigen.
Foto: bauenundsanieren.netNeben der Ausrichtung Ihres Daches spielt natürlich auch die Dachneigung eine wichtige Rolle. Um zu verstehen, wieso bei einer bestimmten Dachneigung der höchste Ertrag erzielt werden kann, sollten Sie sich folgende Grafik anschauen.
Sie sehen also, dass sich die Sonne in Deutschland immer auf der südlichen Seite befindet. Die Sonne im Frühling wandert bis Mitte des Jahres Richtung Zenit und geht dann langsam wieder zurück, was heißt, dass Sie die „mittleren Sonne“ 2 Mal durchquert. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass PV-Module den höchsten Ertrag erzielen, wenn man sie so ausrichtet, dass sie im Frühling etwa im rechten Winkel zur Sonne stehen.
PV-Module erzielen den höchsten Ertrag, wenn sie nach Süden ausgerichtet sind und in einem bestimmten Winkel zur Sonne stehen.Optimale Ergebnisse erzielt eine Photovoltaikanlage also, wenn die Sonnenstrahlen im 90° Winkel auf die Module treffen. Auch wenn Sie an der Neigung Ihres Daches nichts ändern können, so lassen sich die Module durch Aufständerungen noch ein wenig anpassen.
Hier gilt: Je steiler das Dach, desto höher ist der Leistungsverlust.
Wie sehr sich die Dachneigung genau auf die Ausrichtung Ihrer PV-Anlage auswirkt, hängt außerdem vom genauen Standort innerhalb Deutschlands ab. Je nach Breitengrad entspricht der optimale Neigungswinkel etwa 30 bis 35 Grad.
Das folgende Bild gibt noch mal genauere Details zum optimalen Neigungswinkel einer PV-Anlage: Zwischen Frühling und Herbst fällt die Sonneneinstrahlung fast senkrecht auf die PV-Module, wenn diese nach Süden und in einem Winkel von 30 – 35° angebracht werden. Man erhält so die höchsten Erträge. Bei einem Aufstellwinkel zwischen 10 und 60° erreicht man immer noch Erträge über 90 %, was sehr viel ist. Das zeigt, wie fortgeschritten und effektiv PV-Module heutzutage bereits sind.
Foto: bauenundsanieren.netAuch bei einer Abweichung nach Südosten oder Südwesten um ca. 45° ist mit einer Energieeinbuße von 5-10% zu rechnen (ausgehend von einem optimalen Aufstellwinkel). Bei einer Abweichung von 90° ist mit einer Energieeinbuße von 10-20% zu rechnen.
Foto: bauenundsanieren.netVerschattungen vermeiden
Bei der Planung Ihrer Photovoltaikanlage sollten Sie zwingend auch mögliche Verschattungen beachten. Bereits kleine Schattenwürfe können sich negativ auf den Gesamtertrag auswirken. Besonders bei seriell geschalteten Modulen produziert nicht nur der verschattete Bereich weniger Strom, sondern die Gesamtleistung einer ganzen Gruppe oder gar der gesamten Anlage lässt nach. Achten Sie bei der Planung Ihrer Fotovoltaikanlage also auch auf Schattenwürfe durch Schornsteine oder Satellitenschüsseln.
Wichtig: Bei der Verschattung sollten auch die unterschiedlichen Jahreszeiten beachtet werden, da sich die Länge der Schatten je nach Sonnenstand erheblich unterscheiden kann.
Das Gleiche gilt auch für Verschmutzungen. Während Staub und normaler Dreck vom Regen weggespült werden, können Laub und Vogelkot die Leistung der Photovoltaikanlage dauerhaft beeinträchtigen. In diesem Fall empfiehlt sich die professionelle Reinigung durch einen Fachbetrieb.
Abweichungen der Neigung
Ebenso wie bei der Ausrichtung verursachen auch Abweichungen von der optimalen Neigung nur geringe Ertragseinbußen. So erzielt eine Südanlage auch bei einer Neigung von 10 bzw. 60 Grad noch mehr als 90 % des möglichen Ertrags. Ähnlich verhält es sich bei Anlagen mit Ausrichtung nach Südosten oder Südwesten. Auch hier entstehen nur geringfügige Ertragsminderungen.
Grundsätzlich gilt, je weiter die Ausrichtung der Module von Süden abweicht, desto mehr empfehlen sich geringe Neigungswinkel. So erzielen Ost-West Anlagen bei einer Modulneigung zwischen 0 und 20 Grad noch immer Erträge von bis zu 90 % des Maximalertrags. Erst bei einer Ausrichtung der PV-Anlage in Richtung Nordost, Nordwest und Norden ergeben sich deutliche Einbußen. Bei einer Neigung von 30 Grad erzielen Anlagen hier nur noch die Hälfte des möglichen Stromertrags einer 30 Grad Südlage.
Ebenso unterscheidet sich der Ertrag je nach Jahreszeit. Während die Sonne im Winter tief steht und eine steile Dachneigung höhere Erträge erzielt, ist bei hohem Sonnenstand im Sommer eine flache Neigung von Vorteil.
Alternative PV-Systeme
Neben den gewöhnlichen Photovoltaiksystemen entstehen immer mehr Techniken, um die Energie der Sonne optimal zu nutzen. Im Folgenden stellen wir Ihnen zwei dieser Systeme vor.
Photovoltaik-Anlagen mit bifazialen Modulen
Spezial gefertigte Photovoltaikzellen in Glas-Modulen sorgen dafür, dass die PV-Anlage nicht nur auf der Vorderseite, sondern ebenso auf der Rückseite Sonnenstrahlung in Strom umwandelt.
Durch den sogenannten Albedo-Effekt kann der Ertrag der Anlage somit erheblich gesteigert werden. Hierbei wird die Strahlung von der Erdoberfläche reflektiert und zusätzlich von der Anlage aufgenommen. Je nach Oberfläche werden unterschiedliche Mengen an Strahlung reflektiert:
- Schnee reflektiert bis zu 90 %
- Rasen reflektiert 18 % bis 25 %
- Wasser reflektiert weniger als 10 %
Photovoltaikanlagen mit Nachführung
Eine Alternative um die verfügbare Fläche maximal zu nutzen sind nachgeführte PV-Module. Diese passen ihren Neigungswinkel sowie ihre Ausrichtung optimal an den Stand der Sonne an. Bei dieser Variante werden vorrangig die Erträge in den Morgen- und Abendstunden erhöht. Dies sorgt zwar für einen höheren Ertrag, zeitgleich sind die Anschaffungskosten für diese Anlagen jedoch auch deutlich höher.
Fazit
Wie Sie sehen, hängt die optimale Ausrichtung der Photovoltaikanlage von zahlreichen Faktoren ab. Bei der Berechnung und der Planung Ihrer PV-Anlage sollten Sie sich daher lieber Hilfe beim Fachmann holen. So ist gewährleistet, dass die zur Verfügung stehende Fläche optimal genutzt wird. Denn neben der Dachausrichtung, der Neigung und des Standorts spielen auch Größe und Leistungsfähigkeit der PV-Anlage eine wichtige Rolle. Auch auf die Vermeidung von Verschattungen und Verschmutzungen sollte dringend geachtet werden.
Weitgehend gelten die Regeln für die Ausrichtung und Neigung auch für Solarthermieanlagen. Allerdings haben Sie hier abhängig von der Nutzung etwas mehr Spielraum.
