Die Solarstrahlung im Jahresverlauf verstehen: Wie eine Photovoltaik-Ausrichtungskarte (Solarkataster) helfen kann
Inhaltsverzeichnis
- Was zeigt Ihnen eine Photovoltaik-Ausrichtungskarte?
Photovoltaik-(PV)-Systeme fangen die Sonnenstrahlung ein, um Elektrizität zu erzeugen. Ein Überfluss an Sonnenstrahlung bedeutet eine höhere Photovoltaik-Leistung, weniger Abhängigkeit vom Stromnetz und einen potenziell großen Überschuss an Solarenergie für die spätere Nutzung.
Deutschland erfährt im Jahresverlauf eine variable Sonnenstrahlung, weshalb es entscheidend ist, Spitzenzeiten der Strahlung für eine optimale Photovoltaik-Ausbeute zu bestimmen. Mit einer Photovoltaik-Ausrichtungskarte, auch Solarkataster genannt, können Sie die jährliche Sonneneinstrahlung einer Region beurteilen.
In diesem Artikel helfen wir Ihnen, eine korrekte Photovoltaik-Planung, -Auslegung und -Installation mithilfe einer Sonneneinstrahlungskarte zu erreichen.
Warum ist die Sonnenstrahlung im Jahresverlauf nicht konstant?
In Deutschland ist die Sonnenstrahlung aufgrund verschiedener Faktoren variabel.
Erstens variiert die Menge an Sonnenlicht, die Deutschland erreicht, im Jahresverlauf aufgrund der Erdneigung. So bedeutet zum Beispiel der höhere Sonnenstand in den Sommermonaten, dass die Sonnenstrahlen direkter auf die Erdoberfläche treffen als im Winter. Die Spitzenmonate hinsichtlich der Sonnenstrahlung liegen etwa zwischen Mai und Juli (Sommermonate), während die geringste Einstrahlung etwa zwischen November und Januar (Wintermonate) auftritt.
Zweitens können Wolken, Aerosole und Schadstoffe die Menge der Sonnenstrahlung, die Deutschland erreicht, verringern. Einige Studien weisen darauf hin, dass es durch Umweltfaktoren wie Wolken zu einer Reduktion der Strahlung von etwa 60 % kommt.
Auch die geografische Lage Deutschlands ist ein relevanter Faktor. Das Land liegt zwischen dem 47. und 55. Breitengrad Nord, also relativ weit vom Äquator entfernt. Das bedeutet, dass die Sonne insbesondere im Winter tiefer am Himmel steht, was zu einer weniger intensiven Sonneneinstrahlung führt.
Photovoltaik-Standort prüfen: Von horizontalen zu geneigten Flächen
Es ist allgemein bekannt, dass Deutschland ein Hotspot für die Stromerzeugung durch Photovoltaik ist. Allerdings garantiert nicht jeder Standort im Land eine optimale PV-Ausbeute.
Daher sollten Sie den Photovoltaik-Standort auf sein Solarpotenzial prüfen, um zu verstehen, wie viel Sonnenlicht tatsächlich auf Ihre Solarmodule trifft. Sie können sich dabei auf aktualisierte Solarkarten und öffentliche Datenquellen beziehen, die die globale horizontale Einstrahlung (GHI) bereitstellen. GHI misst die gesamte Sonnenenergie, die über die Zeit auf eine flache, horizontale Oberfläche trifft. Im Internet gibt es zahlreiche seriöse Quellen für solche Solarkarten.
Doch es gibt ein Problem: PV-Systeme werden fast immer in geneigter Position installiert, um mehr Sonnenlicht einzufangen, insbesondere in höheren Breitengraden wie in Deutschland. Um also eine genauere Schätzung der Leistungsfähigkeit Ihres Systems zu erhalten, müssen Sie die GHI in die global geneigte Einstrahlung (GTI) umrechnen. Diese misst die verfügbare Sonnenenergie für Module bei Ihrem spezifischen Neigungswinkel und Azimut, also der Himmelsrichtung, in die Ihre Module ausgerichtet sind.
Um eine Umrechnung von GHI zu GTI vorzunehmen, können Sie eines der folgenden Werkzeuge nutzen:
Photovoltaic Generation System (PVGIS): Eine kostenlose, webbasierte Plattform des Joint Research Centre der Europäischen Kommission, die das Solarpotenzial an jedem Standort in Europa (und in vielen Teilen der Welt) abschätzt.
Deutscher Wetterdienst (DWD): Stellt tägliche Wetterberichte und Unwetterwarnungen für die Öffentlichkeit bereit. Zudem liefert er meteorologische Daten wie Sonneneinstrahlung, Temperatur, Windgeschwindigkeiten und weitere Umweltparameter.
Wenn Sie Ihr PV-System an diesem „perfekten“ Standort installieren, können Sie aufgrund hoher Sonneneinstrahlung mit einem Überschuss an Solarenergie rechnen. Um diesen Photovoltaik-Energieüberschuss zu nutzen, benötigen Sie jedoch ein sicheres und leistungsstarkes Batteriespeichersystem wie EcoFlow PowerOcean.
Angetrieben von fortschrittlichen LFP-Batterien bietet PowerOcean mehr als 6 000 Ladezyklen sowie eine erweiterbare Kapazität, beginnend mit einem 5-kWh-Batteriepack als Startkonfiguration. Und angesichts der variablen Sonnenstrahlung in Deutschland verfügt EcoFlow PowerOcean über integrierte Heizelemente, die automatisch die optimale Betriebstemperatur für die Batterie sicherstellen – sowohl für eine effiziente Leistung bei kalten Wintertemperaturen als auch bei heißen Sommertemperaturen.
Neigungs- und Ausrichtungskompromisse
Die Neigung und die Ausrichtung eines Photovoltaik-(PV)-Systems haben einen erheblichen Einfluss auf die jährliche Photovoltaik-Erzeugung.
Nach Süd ausgerichtete Module mit einem Neigungswinkel zwischen 20° und 40° liefern in Deutschland den höchsten jährlichen Photovoltaik-Ertrag. Dies liegt daran, dass die Sonne mittags stets im Süden steht. Eine Südausrichtung der Module stellt sicher, dass sie den größten Teil des Tages und Jahres über direktese Sonnenlicht erhalten.
Gleichzeitig erzeugen ost-west-ausgerichtete Solarmodulfelder einen etwas geringeren Jahresertrag im Vergleich zu nach Süden ausgerichtetenn Anlagen. Sie bieten jedoch eine gleichmäßigere und flachere tägliche Erzeugungskurve, mit mehr verfügbarer Solarenergie am Morgen und am späten Nachmittag. Daher werden sie in Gebieten bevorzugt, in denen die verfügbare Fläche begrenzt ist, da sie so angeordnet werden können, dass der Energieertrag auf kleinerem Raum maximiert wird.
Was zeigt Ihnen eine Photovoltaik-Ausrichtungskarte?
Eine Photovoltaik-Ausrichtungskarte ist ein visuelles Diagramm, das die Verteilung des solaren Strahlungspotenzials über eine geografische Fläche darstellt. Die meisten Photovoltaik-Ausrichtungskarten nutzen Satellitendaten und Parameter wie die globale horizontale Einstrahlung (GHI) und den Photovoltaik-Ertrag (PV OUT), um das PV-Potenzial eines Landes, einer Region oder einer Stadt aufzuzeigen.
Für eine detaillierte Analyse greifen Photovoltaik-Ausrichtungskarten auf gebäudespezifische Dachanalysen zurück, die Daten aus LiDAR (Light Detection and Ranging) und Orthofotos (Luftbildern) verwenden, um die Dächer einzelner Gebäude zu untersuchen.
Werkzeuge zur Berechnung Ihrer Sonneneinstrahlung und Ihres Ertrags
Die Berechnung der Sonneneinstrahlung eines Gebietes kann ein aufwendiger Prozess sein, da es sich um eine vielschichtige Variable handelt. Glücklicherweise gibt es Werkzeuge, mit denen Sie das Photovoltaik-Erzeugungspotenzial eines Standortes „automatisch“ berechnen können.
Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS): Ein europaweites Tool, das den stündlichen, monatlichen und jährlichen Solarertrag für jeden geografischen Punkt berechnet und darstellt.
Global Solar Atlas: Erstellt von der Weltbank und dem Energy Sector Management Assistance Program (ESMAP). Dieses Tool bietet eine Übersicht über das solare Potenzial und die Ressourcen verschiedener Standorte weltweit.
Solarkataster: Eine dachbezogene, umfassende Datenbank und Kartierung, die Informationen über das Solarenergiepotenzial eines spezifischen Bundeslandes in Deutschland bereitstellt.
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Alles zusammenführen: Von der Sonneneinstrahlungskarte zur Designentscheidung
Nach der Konsultation einer Sonneneinstrahlungskarte können Sie mit der Planung Ihres privaten oder industriellen Photovoltaik(PV)-Systems beginnen. Befolgen Sie dazu unsere empfohlenen Schritte:
Schritt 1: Prüfen Sie die jährliche/saisonale Einstrahlung mit den Karten des DWD. Dies hilft Ihnen dabei, realistische Erwartungen zum Photovoltaik-Potenzial einer Region zu entwickeln.
Schritt 2: Nutzen Sie PVGIS, um den Ertrag basierend auf der Neigung und Ausrichtung Ihres Daches vorherzusagen. Sie können zusätzlich Analysen aus dem Solarkataster einbeziehen, um Verschattungen und Dachgeometrien zu bestätigen.
Schritt 3: Vergleichen Sie Süd- mit Ost-West-Ausrichtungen hinsichtlich Ertrag und Eigenverbrauch. Mit einem Energiemanagementsystem für Ihr Zuhause, wie der App von EcoFlow, können Sie Ihren Photovoltaik-Ertrag und -Verbrauch vergleichen und nachvollziehen, wie effizient Ihre Anlagendesigns sind.
Warum dies für die Photovoltaik-Ökonomie wichtig ist
Der Solarenergieertrag Ihres PV-Systems ist der wichtigste Indikator für die finanzielle Rentabilität. Je mehr Photovoltaik-Energie erzeugt wird, desto höher fällt Ihre Kapitalrendite (ROI) aus.
Beachten Sie, dass auch die Ausrichtung Ihres Systems Ihre Rendite beeinflussen kann. Ein nach Süden ausgerichtetes System maximiert die Energieeinspeisung, wobei der von einem Photovoltaik-(PV)-System erzeugte Stromüberschuss ins Netz zurückfließt.
Die Einspeisung von Energie kann finanziell vorteilhaft sein, da viele Regionen Anreize wie Net-Metering bieten, bei dem Hausbesitzer Gutschriften für die von ihnen ins Netz eingespeiste Überschussenergie erhalten. Eine Ost-West-Ausrichtung hingegen fördert den Eigenverbrauch. Für Hausbesitzer bedeutet dies eine geringere Abhängigkeit vom Stromnetz und somit niedrigere Stromrechnungen.
Abschließende Gedanken
Die jährliche Strahlung an Ihrem Standort und die Ausrichtung des Modulsystems sind entscheidende Faktoren in der Photovoltaik-Planung. Eine präzise Konfiguration dieser Parameter kann eine maximale PV-Stromerzeugung und eine höhere Kapitalrendite sicherstellen. Sie können Werkzeuge wie PVGIS und das Solarkataster nutzen, um das Photovoltaik-Potenzial Ihres Standorts vor einer Investition zu bewerten.
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FAQ
Was ist die beste Ausrichtung für PV-Module?
Wenn Sie die maximale Sonneneinstrahlung tagsüber einfangen möchten, nutzen Sie eine Ausrichtung nach Süden. Aber wenn Ihr System auf die Erfüllung spezifischer Energiebedürfnisse ausgelegt ist, entscheiden Sie sich für eine Ost-West-Ausrichtung.
Was ist der beste Azimutwinkel für PV-Module?
Die meisten PV-Anlagen in Deutschland und Europa haben einen nach Süden ausgerichteten Azimutwinkel von 15 bis 40 Grad für die maximale Solarenergienutzung. Diese leichte Abweichung von der wahren Südrichtung kann lokale Variationen berücksichtigen.
Wann sollte man den Winkel eines Solarpanels anpassen?
Sie können den Winkel anpassen, wenn sich die Jahreszeit ändert. Zum Beispiel können Sie im Winter den Neigungswinkel der Paneele erhöhen. Ein steilerer Winkel kann helfen, mehr Sonnenlicht einzufangen, da die Sonne tiefer am Himmel steht.
