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Photovoltaik (Solarstrom), der Wachstumsmotor der erneuerbaren Energien...

Sonneneinstrahlung und Sonnenstunden in Deutschland

In Deutschland kann man sich beim Thema Photovoltaikanlagen grundsätzlich beruhigt zurück lehnen. Denn hierzulande sind zumindest die äußeren Bedingungen in Form der Sonneneinstrahlung und der täglichen Sonnenstunden im Jahresdurchschnitt optimal, um den Photovoltaikgedanken zu unterstützen.

Und dennoch gelingt es nicht überall, aus der Idee Realität werden zu lassen. Weitere Komponenten fließen in die potenzielle Effektivität einer Photovoltaikanlage ein und lassen so das Vorhaben scheitern oder umsetzbar werden. Wo die Bedingungen stimmen, dort kommt es dann letztendlich auf die perfekte Auslegung des Photovoltaiksystems an.

Grundsätzlich wird dies definiert durch

  1. die Dachausrichtung
  2. die Dachneigung
  3. die Dachart
  4. die Sonneneinstrahlung
  5. Leistungsstärke und Wirkungsgrad der Solarmodule

Die optimale Dachausrichtung für maximale Solarstrom Rendite

Am effektivsten kann eine Photovoltaikanlage dann arbeiten, wenn sie in Richtung der stärksten Sonneneinstrahlung ausgerichtet ist. Und dies ist natürlich gen Süden.

Ein direkt nach Süden gerichtetes Dach lässt es somit zu, das Potenzial der Photovoltaikanlage zu 100 Prozent auszunutzen. In der Realität findet man solche optimalen Bedingungen allerdings nicht überall.

Dennoch bedeutet dies nicht, dass nun vielerlei Dächer im Photovoltaikkontext ungenutzt bleiben müssen. Leichte Richtungsverschiebungen nach Westen oder Osten tun der Effektivität einer Photovoltaikanlage keinen Abbruch, so lange die südliche Sonneneinstrahlung noch immer genutzt werden kann.

Sogar bei vollständiger West- oder Ostausrichtung des Dachs kann noch immer zu einer Photovoltaikanlage geraten werden. Allerdings spielen in diesem Zusammenhang dann die Dachart und die Dachneigung sehr elementare Rollen. Dennoch trifft hier die Sonne zwar nicht mit ihrer stärksten Kraft auf die Solarmodule, aber immer noch in einer ausreichenden Stundenzahl und Intensität, dass ungefähr 90 Prozent des Leistungspotenzials der Photovoltaikanlage ausgeschöpft werden können.

Einzig bei einer nördlichen Dachausrichtung sollte man Kosten und Nutzen einer Photovoltaikanlage genau abwägen. Hier kann man lediglich indirektes Sonnenlicht nutzen, welches jedoch das Anlagenpotenzial nicht gänzlich ausreizen kann und somit das Kosten-Nutzen-Verhältnis stark ins Negative abdriftet.

Glücklicherweise haben die meisten nach Norden ausgerichteten Dachflächen als Satteldach eine südliche Gegenkomponente. Nördliche Pultdächer sind nicht die Regel und auch dabei würde es überlegenswerte Alternativen geben.

Rendite Photovoltaik: Dachneigung und Einstrahlungswinkel

Ganz entscheidend für die Frage, wie intensiv das Potenzial einer Photovoltaikanlage erschlossen werden kann, ist die Tatsache in welchem Winkel das Sonnenlicht auf die Solarmodule einfällt. Dabei kann man davon ausgehen, dass der Ertrag umso besser ist, je steiler der Einfallwinkel sich darstellt. 90 Grad sind somit optimal.

In diesem Zusammenhang erhält die Dachneigung eine große Bedeutung, denn sie bestimmt, welchen Schrägwinkel die Solarkollektoren erhalten. Perfekt ist ein 30 Grad geneigtes Dach, denn dann ist der Sonnenlichteinfallwinkel perfekt. Dennoch ist die Photovoltaikanlage auch bei Dachneigungen zwischen 20 und 60 Grad zu empfehlen, da dann schlichtweg kleine Ertragseinbußen hingenommen werden.

Neben dem 30 Grad Dach ist außerdem das Flachdach eine gute Photovoltaikoption. Denn hier bleibt dem Fachbetrieb die Möglichkeit, die gewünschte Kollektorneigung mittels Montageständer zu induzieren.

Planung einer Photovoltaikanlage

Sind die Fragen bezüglich der Sonneneinstrahlung, der Dachausrichtung und der Dachneigung mit positivem Ergebnis geklärt, dann kann das Photovoltaikvorhaben in die detaillierte Planungsphase gehen. Im Grunde genommen gibt es nur noch wenige Stolpersteine, die sich der Realisierung in den Weg legen könnten. Die Art der Dacheindeckung ist beispielsweise lediglich für die gewählte Montageform relevant, bedeutet aber generell nicht das Aus.

Einzig auf die Beschattung muss noch eingegangen werden, denn eine große Schattenfläche, beispielsweise verursacht durch ein höheres Nachbargebäude oder einen großen Baumbestand in der näheren Umgebung, kann den Ertrag der PV-Anlage schmälern. Außerdem kommt es unbedingt auf die Dachfläche in Quadratmetern an. Schließlich nehmen Solarmodule auch neuester Generation einen gewissen Raum ein, den sie benötigen, um wirklich den gewünschten Erfolg zu bringen.

Wer über ausreichend finanzielle Mittel verfügt und dabei gleichzeitig plant, den per Photovoltaikanlage erzeugten Strom gegen Einspeisevergütung in das örtliche Stromnetz zu integrieren, der ist natürlich bestens beraten, die gesamte ihm zur Verfügung stehende Dachfläche mit Solarmodulen auszustatten. Dadurch wird zwar der größte Investitionsposten fällig, aber die Erträge lassen sich so massiv steigern.

Bei engem Budget und dem Plan, den solar erzeugten Strom selbst zu verwenden, ist eine solch allumfassende Radikallösung nicht unbedingt notwendig. Dann kommt es darauf an, die notwendige Auslegung der Photovoltaikanlage individuell zu berechnen.

Hierzu ein Rechenbeispiel:

Unter optimalen Bedingungen hinsichtlich Sonneneinstrahlung, Dachausrichtung und Dachneigung sowie der Entscheidung für qualitativ hochwertige Solarmodule sind diese in der Lage, pro Wattpeak Leistung eine Kilowattstunde Strom zu erzeugen, wofür ungefähr zehn Quadratmeter Kollektorfläche benötigt werden.

Stromverbrauch 4-5 Personen Haushalt Leistungsstärke daraus gewinnbare Strommenge benötigte Kollektorfläche
  1 Wp 1 kWh 10 m2
4.500 kWh 4.500 Wp 4.500 kWh 45 m2

Solche optimalen Werte sind jedoch allenfalls im Süden Deutschlands zu erreichen, da hier die Sonnenbedingungen gegenüber dem Norden verbessert sind. Außerdem empfiehlt sich grundsätzlich eine etwas höhere Anlagenauslegung gegenüber dem ermittelten Bedarf, damit auch zusätzliche Erfordernisse abgedeckt werden können und zu viel produzierter Strom für Zeiten der geringeren Sonneneinstrahlung in einer Batterie zwischengespeichert werden kann.

Alternative Nutzflächen für PV-Anlagen

Obwohl die Photovoltaikanlage hinsichtlich ihrer Bedürfnisse für die optimale Ertragserzielung gar nicht so kompliziert ist, wie allgemein immer angenommen wird, kann es dennoch vorkommen, dass sich auf dem Hausdach eine solche Idee nicht realisieren lässt. Glücklicherweise gibt es jedoch überlegenswerte Alternativen.

So lassen sich dank Ständermontagen Photovoltaikanlagen zum Beispiel auch auf Garagen- oder Carportdächern anbringen, natürlich unter der Prämisse, dass die Unterkonstruktion tragfähig ist. Außerdem sind Freilandflächen ebenfalls für eine Photovoltaikanlage geeignet, die dort ebenfalls auf Ständern angebracht wird. In diesem Zusammenhang ist jedoch die Genehmigungspflicht des zuständigen Bauamts zu beachten.

Und nicht zuletzt darf auch beim Haus selbst weiterhin über die Photovoltaikanlage nachgedacht werden, die dann als Alternative zum Dach an der Fassade befestigt wird. Diese Kombination aus solarer Stromerzeugung bei gleichzeitiger Dämmwirkung ist vor allem für hohe Gebäude eine wirklich lohnenswerte Option.

Optimale Werte für einen maximalen Ertrag

Abschließend hier die Werte einer optimal ausgelegten Photovoltaikanlage:

  • je kWp Leistung etwa 1.000 kWh Strom, mindestens jedoch 700 kWh
  • Wirkungsgrad zwischen 15 und 20 % als realistischer Praxiswert
  • geringer Leistungsverlust bei Temperaturen über 25 Grad Celsius
  • abnutzungsbedingte Leistungseinbußen von maximal 15 % über die komplette Lebensdauer
  • Ausreizung der Leistungsfähigkeit der PV-Anlage liegt bei über 90 %