Der Ertrag einer Photovoltaikanlage ist der entscheidende Faktor für ihre Rentabilität und ihren Nutzen. Wie viel Strom eine PV-Anlage tatsächlich erzeugt, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Dazu gehören die richtige Ausrichtung und Neigung der Module, die Vermeidung von Verschattung durch umliegende Objekte, die Wahl der geeigneten Module und die Effizienz der eingesetzten Technik wie Wechselrichter. Jeder dieser Aspekte spielt eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Ertrags.
Für Betreiber von PV-Anlagen ist es daher essenziell, diese Faktoren zu kennen und zu berücksichtigen, um das volle Potenzial der Anlage auszuschöpfen. In diesem Beitrag werden die wichtigsten Einflüsse auf den Ertrag einer PV-Anlage beleuchtet und aufgezeigt, welche Maßnahmen dazu beitragen, die Leistung und damit auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage zu maximieren.
Das Wichtigste auf den ersten Blick
Der Ertrag einer PV-Anlage hängt maßgeblich von Ausrichtung und Neigung ab: Eine Südausrichtung und eine Neigung von 30-40 Grad sind optimal, Abweichungen nach Osten oder Westen können den Ertrag um 10-20 % mindern, eine Nordausrichtung um bis zu 40 %. Verschattung durch Bäume, Gebäude oder Schornsteine kann den Ertrag um bis zu 50 % reduzieren; schon kleine Schatten können durch den Hot-Spot-Effekt erhebliche Schäden verursachen. Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter helfen, Verluste durch Verschattung um bis zu 30 % zu reduzieren.
Die Wahl des Modultyps beeinflusst ebenfalls den Ertrag: Monokristalline Module haben Wirkungsgrade von etwa 20-22 %, Polykristalline etwa 15-18 % und Dünnschichtmodule liegen bei 10-12 %. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters sollte bei über 97 % liegen, um Verluste gering zu halten. Hohe Temperaturen senken den Ertrag um etwa 0,4-0,5 % pro Grad über 25 °C. Eine regelmäßige Reinigung der Module kann den Ertrag um 5-10 % steigern, da Schmutz und Ablagerungen die Lichtaufnahme verringern. In Deutschland variiert der jährliche Ertrag je nach Standort zwischen 800 und 1.200 kWh pro kWp.
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Die Ausrichtung der PV-Anlage hat einen direkten Einfluss auf den Ertrag, da sie bestimmt, wie viel Sonnenlicht die Module im Laufe des Tages einfangen. In Mitteleuropa, einschließlich Deutschland, ist die optimale Ausrichtung nach Süden, da diese Position die maximale Sonneneinstrahlung über den Tag hinweg gewährleistet. Eine südliche Ausrichtung sorgt für den höchsten Energieertrag, da die Module so die Sonne vom Aufgang bis zum Untergang am besten verfolgen können.
Bei einer Abweichung von der optimalen Südausrichtung entstehen Ertragsverluste: Eine Anlage, die nach Südwesten oder Südosten ausgerichtet ist, verliert typischerweise etwa 5-10 % Ertrag im Vergleich zur Südausrichtung. Bei einer Ausrichtung genau nach Osten oder Westen sinkt der Ertrag um etwa 15-20 %. Nordausrichtungen sind am ungünstigsten und können den Ertrag um bis zu 30-40 % reduzieren, weshalb sie in der Regel vermieden werden.
Die Neigung der PV-Module ist ebenso entscheidend wie die Ausrichtung, da sie den Winkel bestimmt, in dem die Sonne auf die Module trifft. Für Mitteleuropa liegt der optimale Neigungswinkel bei etwa 30 bis 40 Grad. Dieser Bereich bietet die beste Balance zwischen der maximalen Energieausbeute im Sommer und ausreichender Leistung im Winter, wenn die Sonne tiefer steht.
Eine Neigung von 0 Grad (also eine völlig horizontale Ausrichtung, wie bei Flachdächern) führt zu einer Reduktion des Ertrags um etwa 10-15 % im Vergleich zur optimalen Neigung, da die Sonne besonders im Winter flach auf die Module trifft. Umgekehrt kann eine zu steile Neigung (über 60 Grad) ebenfalls den Ertrag mindern, besonders in den Sommermonaten, da die Sonnenstrahlen dann flacher auf die Module treffen. Hier können Verluste von 10-20 % entstehen.
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Ein konkretes Beispiel: Eine PV-Anlage mit einer Leistung von 10 kWp, die optimal nach Süden ausgerichtet und mit 35 Grad Neigung installiert ist, kann in Süddeutschland etwa 10.500 kWh pro Jahr erzeugen. Dieselbe Anlage, die um 30 Grad nach Westen gedreht und auf 10 Grad Neigung reduziert wird, produziert nur etwa 8.400 kWh im Jahr. Das entspricht einem Verlust von etwa 20 %, was sich direkt auf die Rentabilität der Anlage auswirkt.
In der Praxis sind die Dachausrichtung und -neigung oft durch bestehende Gebäude vorgegeben und können nicht immer optimal gestaltet werden. In solchen Fällen kann der Einsatz von zusätzlichen Technologien helfen, den Ertrag zu maximieren.
Ost-West-Systeme: Diese Systeme, bei denen die Module auf Flachdächern in Ost-West-Richtung installiert werden, haben eine niedrigere Spitzenleistung, erzeugen aber über den Tag verteilt gleichmäßiger Strom und können auf begrenzten Flächen effizienter sein.
Nachführsysteme (Tracker): Diese Anlagen passen die Modulposition im Laufe des Tages der Sonnenposition an und können den Ertrag um bis zu 25 % steigern, sind jedoch mit höheren Investitions- und Wartungskosten verbunden und eignen sich daher eher für größere Anlagen.
Die ideale Neigung kann sich je nach geografischer Lage leicht ändern. In Norddeutschland, wo die Sonne generell tiefer steht, kann eine etwas steilere Neigung (nahe 40 Grad) besser sein, während in Süddeutschland oder in besonders sonnigen Gebieten flachere Neigungen (30 Grad) günstiger sein können. Auch saisonale Anpassungen können den Ertrag optimieren: Im Winter sind steilere Neigungen besser, um die tiefstehende Sonne optimal zu nutzen und die Selbstreinigung der Module durch Regen und Schnee zu fördern.
Verschattung ist einer der kritischsten Faktoren, der den Ertrag von PV-Anlagen erheblich mindern kann. Solarmodule sind darauf ausgelegt, möglichst viel Sonnenlicht zu absorbieren und in Strom umzuwandeln. Bereits kleine Schattenbereiche, die durch Bäume, Gebäude, Schornsteine oder andere Hindernisse verursacht werden, können zu signifikanten Leistungseinbußen führen. Dies liegt daran, dass Solarmodule in einer Kette (String) verschaltet sind und der gesamte String in seiner Leistung beeinträchtigt wird, wenn nur ein Modul abgeschattet ist. In extremen Fällen kann Verschattung den Ertrag einer PV-Anlage um bis zu 50 % reduzieren, obwohl nur ein kleiner Teil der Anlage betroffen ist.
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Die Auswirkungen von Verschattung sind stark abhängig von der Größe und Dauer der Schatten sowie von der Position der Module. Eine PV-Anlage, die nur 10 % ihrer Modulleistung durch Verschattung verliert, kann ihren jährlichen Ertrag um etwa 6-8 % reduzieren. Wenn eine Modulreihe in einem String vollständig verschattet ist, kann dies jedoch zu Ertragsverlusten von bis zu 30 % für den gesamten String führen, da die Leistung des Strings auf das Niveau des schwächsten Moduls begrenzt wird.
Ein praktisches Beispiel: Eine PV-Anlage mit einer Leistung von 10 kWp, die jährlich rund 10.000 kWh erzeugt, würde bei einem 10%igen Verschattungsverlust nur noch etwa 9.200 kWh pro Jahr erzeugen. Bei einem angenommenen Stromwert von 20 Cent pro kWh, was einem gemischten Wert aus der Einspeisevergütung (oft zwischen 7 und 9 Cent pro kWh) und den vermiedenen Kosten für den Eigenverbrauch (häufig zwischen 30 und 40 Cent pro kWh) entspricht, beträgt der wirtschaftliche Verlust durch die Verschattung etwa 160 Euro pro Jahr. Die 20 Cent pro kWh spiegeln dabei einen durchschnittlichen Wert wider, der sowohl den Vorteil des Eigenverbrauchs als auch die Einspeisevergütung kombiniert, um die wirtschaftlichen Auswirkungen realistischer darzustellen.
Bypass-Dioden: Diese Dioden sind in den Modulen integriert und ermöglichen es, verschattete Zellen zu umgehen, sodass die restlichen Zellen im Modul weiterhin Strom erzeugen können. Bypass-Dioden können den Verlust durch Verschattung um etwa 50 % reduzieren.
Leistungsoptimierer und Mikrowechselrichter: Diese Geräte optimieren den Ertrag jedes einzelnen Moduls, indem sie Verschattungseinflüsse lokal begrenzen. Während Leistungsoptimierer den Strom der Module in einem String anpassen, arbeiten Mikrowechselrichter auf Modulebene und konvertieren den erzeugten Gleichstrom direkt in Wechselstrom. Beide Lösungen können Ertragsverluste durch Verschattung um bis zu 30 % mindern.
Strategische Modulplatzierung: Bei der Planung der PV-Anlage sollte darauf geachtet werden, verschattete Bereiche zu vermeiden. Softwaretools zur Verschattungsanalyse helfen, die beste Platzierung der Module zu bestimmen und Verschattungsverluste im Vorfeld zu minimieren.
Bildquellen: © AdobeStock – Lars Gieger, © AdobeStock – peterschreiber.media
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