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So finden Sie die optimale Ausrichtung & Neigung der Photovoltaikanlage

Die optimale Ausrichtung der Photovoltaikanlage ist wesentlicher Faktor für die Wirtschaftlichkeit:

  • Der Standort muss eine sinnvolle Ausrichtung der Photovoltaikanlage ermöglichen und frei von Verschattungen sein. Ideal geeignet ist ein nach Süden ausgerichtetes Dach mit einem Neigungswinkel von 30 Grad.
  • Auch auf Dächern mit Ost-West-Ausrichtung kann Photovoltaik z.B. mithilfe von zwei Teilanlagen, die die Sonneneinstrahlung morgens und abends optimal verwerten, sehr wirtschaftlich eingesetzt werden.
  • Selbst größere Abweichungen von der Südausrichtung schmälern den Ertrag kaum. Auch Abweichungen vom idealen Neigungswinkel sind in weiten Grenzen möglich, weswegen aufwändige Korrekturmaßnahmen meist unnötig sind.
  • Verschattungen haben deutlich größere Ertragseinbußen zur Folge als suboptimale Faktoren bei der Ausrichtung und dem Neigungswinkel.

Dachausrichtung: Bedeutung und Bestimmung

Bei einer optimalen Photovoltaik Ausrichtung sind die Solarmodule nach Süden ausgerichtet. Nur bei dieser Dachausrichtung können die von den Herstellern genannten maximalen Erträge überhaupt erzielt werden.

Die reine Südausrichtung ist aber nur in den seltensten Fällen realisierbar. Schließlich werden die meisten Dächer nicht für die Installation einer Photovoltaikanlage errichtet.

Lediglich bei Flachdächern und Anlagen mit Nachführsystemen kann schon bei der Planung die optimale Ausrichtung nach Süden erzielt werden.

Tabelle: Jahresertrag in Abhängigkeit der Dachausrichtung (35° Neigung, 10 kWp, Globalstrahlung 1.000 kWh/m2)
HimmelsrichtungAusrichtung der PV-ModuleAbweichung von SüdausrichtungErtrag
Süden0,0%9346 kWh
+ 30°2,1%9150 kWh
+ 60°9,0%8505 kWh
Westen+ 90°19,3%7542 kWh
+ 120°31,0%6449 kWh
+ 150°40,7%5542 kWh
Norden+/- 180°43,7%5262 kWh
- 150°40,7%5542 kWh
- 120°31,0%6449 kWh
Osten- 90°19,3%7542 kWh
- 60°9,0%8505 kWh
- 30°2,1%9150 kWh
Süden0,0%9346 kWh

Aber wie bestimmt man eigentlich die Ausrichtung des eigenen Daches? Ganz einfach:

  • Sie können einen Kompass einsetzen. Häufig haben Smartphones einen oder man kann eine entsprechende App runterladen.
  • Nach dem gleichen Prinzip - aber deutlich ungenauer - können Sie auch Google Maps nutzen. Je nachdem in welche Richtung Sie ihr Smartphone halten, können Sie die Himmelsrichtung abschätzen.

Optimalen Neigungswinkel und Ausrichtung bestimmen

Der optimale Neigungswinkel ist im Gegensatz zur Dachausrichtung nicht überall gleich. Hier spielen unterschiedliche Faktoren eine Rolle.

Ich hatte schon länger überlegt, auf Solar-Energie umzusteigen und ihr habt mir so super dabei geholfen – DANKE!
von Kristin Stockhausen

Wann ist welche Ausrichtung und Neigung ideal?

Den höchsten Ertrag erzielen Photovoltaik-Module, wenn die Sonne im rechten Winkel auf die Solarmodule trifft. Weil der Ertrag einer Photovoltaikanlage im Sommer am höchsten ist und die Sonne mittags am stärksten scheint, ist die Ausrichtung der Module daher dann optimal, wenn die Sonne im Sommer am Mittag senkrecht auf die Module scheint.

Der optimale Neigungswinkel des Dachs hängt vom Breitengrad ab und liegt in Deutschland zwischen 30 und 36 Grad. In Norddeutschland steht die Sonne z.B. insgesamt flacher am Himmel als in Süddeutschland, weshalb der optimale Neigungswinkel im Norden insgesamt steiler ausfällt als im Süden. Flachdächer sind hingegen am Äquator optimal, da die Sonne dort mittags senkrecht steht.

Ein weiterer, ertragsbestimmender Faktor ist die Abweichung der Dachausrichtung von der reinen Südausrichtung. Besteht eine größere Abweichung nach Westen oder Osten, sollte der Neigungswinkel eher flacher gewählt werden. Bei der Planung der Photovoltaikanlage wird der Neigungswinkel - sofern möglich - daher so gewählt, dass über das ganze Jahr gesehen die höchsten  Erträge erzielt werden können.

Durch den unterschiedlichen Sonnenstand kann der optimale Photovoltaik Ertrag selbst bei exakter Südausrichtung der Solarmodule im Prinzip ja nur einmal am Tag erzielt werden. Allerdings sind die Verluste, die durch Abweichungen der Himmelsrichtung und der Neigung der Photovoltaik Module entstehen, geringer als gemeinhin angenommen.

So können selbst bei Abweichungen von der Südausrichtung bis zur reinen Ost- oder Westausrichtung noch Erträge von 80 bis 90 % erzielt werden, wenn der flachere Neigungswinkel entsprechend berücksichtigt wird.

Zudem sollte berücksichtigt werden, dass der Neigungswinkel Einfluss auf die Selbstreinigung der Photovoltaik-Module hat. Je flacher das Dach ist, desto schlechter werden Dreck und Staub vom Regen abgewaschen. Die zusätzlichen Verschmutzungen können sich erheblich stärker auswirken als eine um ein paar Grad zu steile Dachneigung.

Aber auch die Statik sollte man bedenken: In Regionen mit hohem Schneeaufkommen sollten Solarmodule mit einem Neigungswinkel von mindestens 30 Grad installiert werden, damit der Schnee abrutschen kann.

Beispiele: Erträge bei typischen Neigung-Ausrichtung-Kombinationen

Wie viel Prozent des Ertrags einer PV-Anlage mit optimaler Südausrichtung und optimaler Neigung (im Beispiel 35 Grad) können bei Abweichungen von den Idealwerten erzielt werden? Dazu ein paar typische Beispiele:

  • Bei exakter Südausrichtung und einer Dachneigung von 70 Grad können immer noch etwa 88 Prozent des Ertrags erwartet werden.
  • Bei exakter Ost- oder Westausrichtung sinkt der Ertrag bei gleichem Neigungswinkel auf rund 77 Prozent.
  • Eine Dachneigung von nur zehn Grad erlaubt in diesem Fall jedoch einen überraschend hohen Ertrag von 86 Prozent.

Der "optimale Neigungswinkel" ist also nur bei genauer Südausrichtung optimal, bei anderen Ausrichtungen sind kleinere Neigungswinkel günstiger.

Zum Schluss ein weiterer typischer Wert:

  • Bei einer Abweichung von 60 Grad von der Südausrichtung und einem Neigungswinkel von 20 Grad beträgt der Ertrag immer noch 91 Prozent.

Alle Werte sind als Orientierungswerte zu verstehen, weil zum Beispiel eine andere Antireflexschicht zur geringfügigen Abweichungen führen kann.

Besonderheiten von Photovoltaikanlagen mit Ost-West-Ausrichtung

Solaranlagen, die auf einem Ost-West-Dach installiert werden, erzielen noch immer etwa 80 bis 90 % der Maximalleistung, die bei einer Ausrichtung nach Süden erreicht werden würde.

Tatsächlich können zwei Teilanlagen mit einem Azimutwinkel von 90 bzw. −90 Grad gerade dann vorteilhaft sein, wenn man viel Strom selbst verbraucht.

Denn eine Photovoltaikanlage mit Ost-West-Ausrichtung produziert gleichmäßiger über den Tag verteilt dann Solarstrom, wenn er im Haus tendenziell am meisten gebraucht wird: am Morgen und am Nachmittag. Für Berufstätige, die tagsüber nicht zu Hause sind, ist eine Verteilung der Stromerzeugung günstig.

Die Photovoltaik-Anlage produziert bei Ost-West-Ausrichtung dann zwar relativ weniger PV-Strom pro kWp und kann auch teurer ausfallen als eine klassische nach Süden ausgerichtete Anlagen. Allerdings macht die höhere Rendite durch den hohen Eigenverbrauch die Anlage besonders wirtschaftlich!

Da eine PV-Anlage mit Südausrichtung den höchsten Ertrag dagegen in den Mittagsstunden erzeugt, wenn in vielen Haushalten niemand zu Hause ist, lohnt sich hingegen ein Solarstrom-Speicher. Ob sich ein Stromspeicher bei einer Ost-West-Anlage rentiert, sollte hingegen genau geprüft werden.

Wie minimiert man Ertragsverluste durch die Anlagen-Ausrichtung?

Der Ertrag eines Solarmoduls ist bei senkrechtem Lichteinfall optimal. Für die Ertragseinbußen bei Abweichungen von diesem Idealfall sind hauptsächlich zwei Effekte verantwortlich.

Ursachen für Ertragseinbußen bei Abweichungen von idealer Ausrichtung und Neigung

Zunächst ist die aus der Perspektive der Sonne sichtbare Fläche der Module kleiner, je weiter der Blickwinkel von der Senkrechten abweicht. Das ist der berühmte "spitze Winkel", der beim Fußball bisweilen dazu führt, dass das Tor aus Sicht des Schützen schmaler als der Torhüter erscheint.

Hinzu kommt, dass bei flacherem Lichteinfall der an der Moduloberfläche reflektierte Anteil des Lichts größer wird. Diese Reflexionsverluste können allerdings mit Antireflexbeschichtungen deutlich reduziert werden. Antireflexschichten wirken sich bei jedem Einfallswinkel positiv aus.

Bei senkrechtem Lichteinfall betragen die Reflexionsverluste unbeschichteten Glases etwa zehn Prozent, eine Beschichtung kann sie auf weniger als fünf Prozent senken. Eine deutliche Abweichung um 70 Grad vom senkrechten Lichteinfall führt bei unbeschichtetem Glas zu Reflexionsverlusten von etwa 25 Prozent. Mit einer Antireflexbeschichtung sinken die Verluste auf weniger als 15 Prozent. Der genaue Wert hängt selbstverständlich von der Beschichtung ab.

Ertragsverluste bei Verschattung der PV-Anlage

Selbstverständlich sollte auch eine mögliche Verschattung des Dachs geprüft werden. Eine temporäre Verschattung der Photovoltaikanlage am frühen Morgen oder am späten Abend kommt hauptsächlich in städtischen Lagen öfter vor und ist relativ unkritisch.

Auch ein schmaler Schatten eines Schornsteins oder eines Strommastes, der im Tagesverlauf über einen Modulstrang wandert, hat nur geringe Auswirkungen.

Zu beachten ist allerdings, dass ein verschattetes Photovoltaik Modul die Leistung des gesamten Strangs limitiert, wenn die Solarmodule in Reihe geschaltet sind.

Abhilfe schafft die Parallelschaltung der Module oder der Einsatz von Photovoltaik-Modulen mit Bypass-Dioden, die bei einem Leistungseinbruch überbrückt werden.

Bei aller Diskussion um Neigungswinkel und Dachausrichtung ist wichtig zu wissen, dass Verschattungen deutlich größere Ertragseinbußen zur Folge haben können als suboptimale Faktoren bei der Ausrichtung und dem Neigungswinkel. Eine umfassende Wirtschaftlichkeitsberechnung unter Berücksichtigung aller Standortfaktoren ist daher für die Anlagenplanung unabdingbar.

 

Letzte Aktualisierung: 20.02.2023