Die Entscheidung, eine Photovoltaikanlage auf dem eigenen Dach zu installieren, sollte ausreichend geplant werden. Neben der Wirtschaftlichkeit spielt auch der Ertrag der Anlage eine große Rolle. Der Solarstrom, der durch die Energie der Sonne und Photovoltaik entsteht, entspricht dem Ertrag. Der Photovoltaik-Ertrag ist nicht das ganze Jahr über konstant, viele Faktoren beeinflussen die Leistung der Solarmodule. Einige Faktoren, wie das Wetter, können nicht beeinflusst werden. Andere, wie die Ausrichtung der Dachanlage, können angepasst werden und so den Ertrag von Photovoltaik steigern. Auch technische Dinge wie die richtige Verkabelung der Photovoltaikanlage wirken auf die Ertragsbringung ein. Der größte Einflussfaktor ist die Sonne: umso mehr Sonne auf die Solarmodule scheint, umso mehr Strom kann erzeugt werden. Doch man kann nicht immer mit der vollen Solarstrahlung rechnen.
Inhaltsverzeichnis
Welche Faktoren beeinflussen Photovoltaik-Erträge?
Die Sonne kann als der Sender der Energie gesehen werden und die Photovoltaikanlage als der Empfänger. Alle Einflussfaktoren, welche die Energie der Sonne oder die Leistung der Anlage beeinträchtigen, haben Einfluss auf den Ertrag der Photovoltaikanalage.
Einflussfaktoren:
- Wetter
- Luftqualität
- Jahres- und Tageszeiten
- Globalstrahlung
- Standort
- Dach
- Solarmodule
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Photovoltaik-Ertrag im Winter: Abhängigkeit der Sonne
Der Photovoltaik-Ertrag ist abhängig von der Sonne, daher beeinflussen die meisten Faktoren auch die Sonneneinstrahlung auf die Solaranlage. Der Photovoltaik-Ertrag bei bedecktem Himmel oder Regen ist dementsprechend niedriger als bei Sonnenschein, da weniger Strahlung auf der Erdoberfläche ankommt. Aber nicht nur das Wetter beeinflusst die Sonne, auch die Tageszeiten. Morgens und abends ist die Kraft der Sonne schwächer und der Stand tiefer, so ist der Einfallswickel weniger günstig für Photovoltaikanalgen.
In den Sommermonaten April bis September werden die meisten Sonnenstunden verzeichnet, hier kann der Ertrag der PV Anlage pro Monat bis zu 70 % erreichen. Im Winter hingegen sind die Tage kürzer und das Wetter oft schlechter. Der Ertrag der PV Anlage ändert sich im ganzen Jahresverlauf.
Den größten Ertrag einer Photovoltaikanlage erhält mal im Sommer, mittags, wenn die Sonne am höchsten steht.
Die Globalstrahlung bedingt den Ertrag der Photovoltaikanlage
Der Stromertrag von Photovoltaik ist abhängig von der Intensität der Sonnenstrahlung. Die Strahlung der Sonne umfasst ein großes Spektrum, auf die Erdoberfläche trifft jedoch nur die kurzwellige Strahlung. Diese wird gemessen und als Globalstrahlung angegeben. Hierbei wird in die indirekte und diffuse Strahlung unterteilt.
Bei klarem Himmel können die Sonnenstrahlen ungehindert auf die Erde treffen, dann spricht man von direkter Globalstrahlung. Treffen die Strahlen auf ihrem Weg auf Wassertropfen, Staub oder Wolken, werden sie gestreut und sind dadurch weniger intensiv. Schlechtes Wetter und schlechte Luftqualität beeinflussen den Wert der Strahlung negativ.
Die gemessene Intensität hängt zusätzlich von der Fläche ab, auf der die Strahlung horizontal eintrifft. Umso näher man sich am Äquator befindet, desto höher ist die Globalstrahlung. Ein weiterer Faktor ist Höhe des Standortes der PV Anlage, denn je höher sie sich über dem Meeresspiegel befindet, desto weniger Luftmasse muss die Strahlung durchdringen.
An einem sonnigen Tag in Mitteleuropa kann die Globalstrahlung bei 900 Watt pro Quadratmeter (W/m²) liegen. Durch das Weiß sogenannter Schönwetterwolken kann die Strahlung zeitweise über 1000 W/m² steigen. Der Photovoltaik-Ertrag ohne Sonne sinkt enorm. Denn ist es wolkig, kann die Globalstrahlung auf einen Wert unter 100 W/m² sinken.
Positive Beeinflussung der Globalstrahlung:
- Nähe zum Äquator
- Große Höhen über dem Meeresspiegel
- Gutes Wetter und saubere Luft
Die Globalstrahlung in Deutschland liegt im Schnitt bei 130 W/m². Daraus ergibt sich, dass eine lokale Photovoltaikanlage durchschnittlich 1000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter ausgesetzt ist. Durch die Jahreszeiten unterliegt der Wert großen Schwankungen, der PV-Ertrag im Winter fällt deutlich geringer aus. Die Sonneneinstrahlung im Sommer erreicht das Fünffache an Werte gegenüber den Werten im Winter.
Welchen Einfluss hat die Positionierung der PV Anlage?
Das Wetter, der Standort und damit die Globalstrahlung lassen sich nicht beeinflussen, andere Faktoren wie das Dach hingegen können so ausgerichtet werden, dass der Photovoltaik-Ertrag gesteigert werden kann. In Deutschland können PV Anlagen den höchsten Ertrag mit einer Ausrichtung nach Süden erreichen. Photovoltaik mit leichter Ost oder West Ausrichtung generieren jedoch nur geringfügig weniger Ertrag.
Auch die Neigung der Dachanlage beeinflusst den Ertrag der Photovoltaikanlage, denn mit dem Stand der Sonne verändert sich der Winkel wie die Strahlen auf die Anlage treffen. Den größten Gewinn an Solarstrom versprechen Solarmodule mit einem 30 Grad Winkel. Dieser Winkel kann durch die Dachneigung und Aufstellungen für die Photovoltaikanalage erreicht werden. Auch wenn durch einen steileren Winkel der Schnee schneller von den Anlagen rutscht, bietet der 30 Grad Winkel die bessere Neigung, um im Sommer höhere Erträge zu erreichen.
Verlust durch Verschattung der PV Anlage
Ein weiterer Faktor, der weitestgehend beeinflussbar ist, ist die Verschattung. Der Photovoltaik-Ertrag im Schatten ist geringer, daher sollte vermieden werden, dass Solarmodule immer oder über längere Zeiträume am Tag verdeckt werden. Störende Bäume, die Schatten auf das Dach werfen, können in den meisten Fällen gefällt werden. Nachbarshäuser oder Schornsteine hingegen sollten bereits bei der Montage der Photovoltaikanlage berücksichtigt werden.
Solarmodule beeinflussen den Ertrag der Photovoltaikanlage
Die Solarstrahlung ist als Sender der Energie das Wichtigste, doch ohne Empfänger, der die erneuerbaren Energien nutzbar macht, kann Photovoltaik keine Erträge erzeugen. Als Empfänger dienen die Solarmodule, deren Leistung wird in Kilowattpeak (kWp) gemessen. Das Wort „peak“ stammt aus dem Englischen und bedeutet Spitze, kWp gibt damit nur die Spitzenleistungen einer Photovoltaikanlage an. Diese Leistungen können die Anlagen nur unter idealen Bedingungen, sogenannten Standarttestbedingungen (STC) erreichen. Die STC liegen bei 25 Grad Modultemperatur, 1000 W/m² Bestrahlungsstärke, einer Luftmasse von 1,5 und einem Einstrahlungswinkel von 90 Grad. Diese Kombination ist bei realer Nutzung fast unmöglich zu erreichen. Die Leistungen, welche die Hersteller für die Module angeben, beziehen sich also nur auf Laborwerte. Eine volle Ausschöpfung des Solarertrags kann nie geleistet werden.
Um den wirklichen Ertrag von Photovoltaik berechnen zu können, nutzt die kWp-Angabe einer Anlage nichts. Eine andere Kennzahl muss hinzugezogen werden: der Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlage. Dieser gibt an, wie viel der zur Verfügung stehenden Energie aus der Sonne von den Solarmodulen oder der Solaranlage in Solarstrom umgewandelt werden kann. Der Wirkungsgrad ist abhängig von der Art der Solarmodule, aber auch von den Verlusten durch die Verkabelung der Photovoltaikanlage und dem Wechselrichter.
| Solarmodule | Solarzellen | Wirkungsgrad |
| Dickschichtige Module | Monokristalline
Solarzelle |
16-22 % |
| Polykristalline Solarzelle | 14-20 % | |
| Dünnschichte
Module |
CIS-Solarzelle | 10-12 % |
| CIGS- Solarzelle | 11-14 % |
Ertragsverlust durch Wechselrichter
Um mit Photovoltaik eine gute Ausbeute zu erzielen, muss der erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden. Der Umwandlungswirkungsgrad gibt dabei an, wie effektiv der Wechselrichter den Strom umwandelt. Allerdings wird bei der Leitung durch den Wechselrichter eine Abregelung vorgenommen, das bedeutet der nutzbare Anlageertrag der Photovoltaikanlage wird verringert. Der Verlust des Wechselrichters ist nicht gleichbleibend, er hängt von der Spannung und der aktuellen Leistung des Solarmoduls ab. Dennoch ist der Wechselrichter unerlässlich.
Den Ertrag von Photovoltaik berechnen
Um den Jahresertrag von Photovoltaik zu erhalten, kann der spezifische Ertrag errechnet werden. Hierfür wird der tatsächlich erzeugte Solarstrom durch den Nennwert des Herstellers der Photovoltaikanlage geteilt. Bei einer bereits bestehenden Anlage kann der Jahresertrag an Solarstrom einfach abgelesen werden. Bei geplanten Anlagen müssen die Werte anhand von Standortfaktoren und spezifischen Solaranlagen Parametern geschätzt werden. Diese Möglichkeit, den Stromertrag von Photovoltaik errechnen, gibt dann die Energieproduktion innerhalb eines Jahres in Kilowattstunden (kWh) an.
Den Photovoltaik-Ertrag berechnen Sie mit dieser Formel:
Spezifischer Ertrag = tatsächliche Solarenergie (kWh) / Nennleistung der Anlage (kWp)
Den Ertrag einer geplanten Anlage zu berechnen ist aufgrund der vielen Einflussfaktoren nicht ganz einfach. Online Globalstrahlungskarten können eine Hilfe sein.
Kann der Ertrag der PV Anlage gesteigert werden?
Wie viel Ertrag man durch Photovoltaik letztlich erreichen kann, hängt von Faktoren wie der Globalstrahlung am Standort der PV Anlage, der Dachneigung und Verschattung aber auch von dem Wirkungsgrad der Solarmodule ab. Als Richtwert kann der Photovoltaik-Ertrag pro m2 genommen werden, im Schnitt liegt dieser bei etwa 100 kWh pro Jahr. Um die Leistung zu verbessern, kann auf die Modulleistung geachtet werden. Monokristalline Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad und bringen damit den meisten Ertrag.
Auch auf eine sinnvolle Anbringung der Photovoltaikanlage kann geachtet werden. Der PV-Ertrag mit einer Ausrichtung nach Süden und einem Winkel von etwa 30 Grad ist am vielversprechendsten. Ist eine Ausrichtung nach Süden nicht möglich oder die Anlage soll auf einem Flachdach installiert werden, können Nachführsysteme Abhilfe leisten. Diese Module sind durch Achsen in der Lage, dem Stand der Sonne zu folgen, der Ertrag von Photovoltaik kann so um 20 bis 35 % erhöht werden. Eine Wartung der Solaranlage sollte auch regelmäßig durchgeführt werden, denn nur intakte Solarmodule können Leistung bringen. Um maximale Erträge zu generieren, ist eine Beratung durch einen Fachmann ratsam.
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