Ertrag einer PV-Anlage
Wie gut geeignet ist mein Dach?
Wir sehnen uns nach Unabhängigkeit von steigenden Stromkosten, wir ächzen unter der Stromrechnung und wollen weniger an den Stromversorger bezahlen. Autarkie ist der Prozentanteil, um den mich meine PV-Anlage von meinen Stromkosten entlastet. Anders gesagt: Autarkie beschreibt den Anteil des benötigten Stroms, den ich selbst erzeuge.
Wir müssen die erzeugte Menge Strom in Relation setzen zur theoretisch erzielbaren Leistung der Summe unserer Solarmodule, gemessen in Kilowatt Peak, kurz kWp. Dabei wird die Leistung eines Photovoltaikmoduls im Labor unter definierten Standard-Testbedingungen (STC) gemessen. Quasi die PS-Zahl unseres Solarmotors. Wenn wir 10 kWp auf unserem Dach installieren, können wir unter guten Bedingungen mit einem Jahresertrag von 10.000 Kilowattstunden (kWh) rechnen.
Ob unsere Module diesen Wert erzielen oder nicht hängt von den folgenden Faktoren ab:
Wo wir uns auf der Welt befinden bzw. wo wir uns Deutschland wohnen
Welche Dachneigung unser Dach hat. Gibt es Hindernisse auf dem Dach oder der Umgebung, die zu Verschattungen führen?
In welche Richtung unser Dach geneigt ist
Im Ergebnis kann unsere tatsächlich erzielte Leistung den Laborwert kWp unterschreiten oder auch überschreiten. Die sinnvolle Maßzahl hierfür ist Kilowattstunden pro Kilowatt Peak (kWh/kWp). Ein optimal nach Süden im Winkel von 35 Grad ausgerichtetes Dach erreicht in Hamburg eben nur ca. 950 kWh/kWp, das gleiche Dach in Frankfurt aber 1211 kWh/kWp und in München 1252 kWh/kWp.
Hier können Sie den Ertrag Ihres Daches ermitteln:
Im Ergebnis liefert uns unsere optimal ausgerichtete 10 kWp-Anlage in Hamburg also einen Stromertrag in Höhe von 9500 kWh und in München 12520 kWh. Schon ein erheblicher Unterschied.
In manchen Fällen noch entscheidender ist die Ausrichtung des Daches.
Es lassen sich folgende Gesetzmäßigkeiten ableiten:
SÜDEN
- bringt die höchsten Erträge
- die Dachneigung spielt in Bezug auf den Ertrag nur bei sehr steilen Dächern eine gewisse Rolle
- bringt den meisten Ertrag um die Mittagszeit und „schwächelt“ morgens und abends
WESTEN & OSTEN
- bringt etwas geringere Erträge
- die Dachneigung spielt eine große Rolle: Je flacher das Dach, desto geringer sind Erzeugungsabstriche. Steile Dächer verlieren etwas mehr Leistung.
- im Vergleich zu Süddächern höherer Ertrag morgens und abends, aber Einbußen um die Mittagszeit
NORDEN
- bringt die wenigsten Erträge
- bis 20 Grad Neigung sind die Verluste nicht so gravierend. Steile Dächer verlieren massiv an Ertrag.
- steile Norddächer über 30 Grad Neigung sind nicht geeignet. In den Sommermonaten sind. Norddächer oft nah am Ertrag von Süddächern. Für eine geplante Klimanlage zum Beispiel interessant.
In vielen Fällen bestimmen die örtlichen Verhältnisse welche Dächer genutzt werden können. Viele Menschen unterschätzen aber das Potential ihres Daches, weil immer noch weit verbreitet die Aussage ist, dass sich nur optimal ausgerichtete Süddächer für PV lohnen würden.
Gerade Ost-West geneigte Dächer, zumal nicht so stark geneigte, sind reinen Süddächern insofern Süddächern zu bevorzugen, weil Sie den Ertrag besser über den Tag verteilen und morgens und abends mehr Ertrag bringen. Das erhöht den Eigenverbrauch und verringert unter Umständen den Bedarf an teurer Speicherkapazität.
Hier sehen Sie für Hessen wie gut ihr Dach für PV geeignet ist:
Tuning für PV-Anlagen mit Leistungsoptimierern
Verschattungen treffen praktisch jede PV-Anlage auf die eine oder andere Art. Wolken ziehen auf und manche Module bekommen weniger Sonnenstrahlung ab als andere. Mehr Sonneneinstrahlung bewirkt mehr Stromstärke und Spannung im Modul und das Produkt aus beidem stellt die verfügbare Leistung (gemessen in Watt) dar. Am Maximum Power Point (MPP) einer Solarzelle sind die Stromstärke und die Spannung so austariert, dass ihre Leistung maximal ist. Unterschiedliche Einstrahlungsstärken an den einzelnen Modulen, unterschiedliche Ausrichtungen und/oder Neigungen und unterschiedliche Temperaturen führen in einem in Reihe geschalteten Modulstrang zu unterschiedlichen MPPs. Wie in einem abgeknickten Wasserschlauch bremsen leistungsschwächere Module den Stromfluss und mindern damit die Leistung des ganzen Modulstrangs. Strangwechselrichter suchen mit ihrer Software jenen MPP und regeln die Spannung des Strangs so ein, dass die Leistung des ganzen Strangs möglichst optimal ist. In der Praxis richtet sich dies aber eher nach dem niedrigsten MPP und hier entstehen systembedingt einige Prozent Leistungsverluste.
Die Abbildung zeigt zur Illustration eine Gruppe von Gebäuden. Je dunkler die Farbe, desto niedriger der solare Ertrag. Ertragsminderungen entstehen durch die Ausrichtung und durch Verschattungen der beiden Bäume, der Gauben, des Kamins und des zurückgesetzten Gebäudes. Natürlich ist die nördliche Ausrichtung am schlechtesten und die südliche am besten.
Strangwechselrichter für Hausanlagen haben in der Regel zwei MPPS für zwei Modulstränge. In einem Strang können nur Module verbunden werden, die in Bezug auf Neigung und Ausrichtung gleich ausgerichtet sind. Wäre dies nicht so, würden die Einzel-MPPs leitungsmäßig sich zu weit unterscheiden. Es lassen sich somit zwei unterschiedliche Dachflächen photovoltaisch nutzbar machen.
Jeweils zwei der relativ großen Flächen (1, 2, 3, 4, 5 und 6) lassen sich gut mit einem Wechselrichter nutzen. Das nördlichen Dach (Nummer 1) ist vom Ertrag zu schwach. Leistungsoptimierer kommen nur bei Verschattungen infrage.
Die Gaubenflächen 7 sowie 8, die Minigaube auf der Nordseite, ist nur nutzbar, wenn Moduloptimierer zum Einsatz kommen. Mit Moduloptimierern können unterschiedlich ausgerichtete und sehr kleine Flächen nutzbar gemacht werden.
Die ertragreichen Flächen 4, 5 und 6 haben Verschattungen durch den Kamin, die Gaube, das zurückgesetzte Gebäude und die Bäume. Hier bremsen leistungsschwächere Module den Strang etwas aus. Hier können Leistungsoptimierer eingesetzt werden.
Leistungsoptimierer sind elektronische Bauteile, die an jedem Modul angebracht werden. Sie ermitteln und regeln für jedes Modul einzeln den optimalen Maximum Power Point, so dass immer der bestmögliche Ertrag gewährleistet ist.
Vorteile von Optimierern:
Es lassen sich im Modell oben ALLE Flächen in die PV-Anlage einbinden. Egal wie groß oder wie ausgerichtet.
Ertragsverluste durch Verschattungen (Bäume etc.) lassen sich mildern
Optimierer mindern Gefährdungen durch Kurzschlüsse im Falle defekter Kabel o.ä. und bieten damit ein Plus an Sicherheit
Optimierer bieten eine Anlagenüberwachung auf Modulebene. Sie sehen in Ihrer PV-App in Echtzeit die Performance Ihrer Module und erkennen eventuelle Fehler.
Die Abwägung
Leistungsoptimierer kosten Geld. Es sind elektronische Bauteile, die selbst etwas Strom verbrauchen, bisweilen kaputt gehen und aufwändige Reparaturen auf dem Dach erfordern können. Aktuelle Module kommen außerdem durch Bypassdioden viel besser mit Verschattungen zurecht, als dies früher der Fall war. Dadurch bremst ein verschattetes Module keinesfalls den ganzen Strang aus, sondern reduziert die Leistung nur moderat.
EHER NICHT SINNVOLL / FRAGLICH
- Dächer ohne Verschattungen UND nur ein oder zwei Dachflächen, die zu belegen sind.
- Verschattungen, die nur für kurze Zeit am Tag auftreten.
- Verschattungen, durch Bäume oder Objekte in der Nachbarschaft, welche eine gesamte Dachfläche für eine lange Zeit des Tages beschatten. Leistungsoptimierer erzeugen selbst keinen Strom, sondern können nur die Wirkungen von Leistungsunterschieden begrenzen. Dachfläche 4 und 5 sind Beispiele. Hier hilft nur die Motorsäge weiter.
- PV-Anlagen mit starker Betonung auf wirtschaftliche Rendite.
EHER SINNVOLL
- Begrenzte Dachflächen und die Notwendigkeit, alle oder viele Dachflächen nutzbar zu machen
- Verschattungen, die längere Zeit eine Dachteilfläche verdunkeln. Beispiel ist die zurückgesetzte Teil-Dachfläche (Flächen 4 und 5) oder Verschattungen durch den Kamin. Hier kann auch mit Einzeloptimierern gearbeitet werden.
- Wenn Anlagenüberwachung, unkomplizierter Austausch von Modulen oder Sicherheitsaspekte für den Kunden wichtig sind.