Wann produziert meine Photovoltaikanlage den meisten Strom?

Wer sich eine Photovoltaikanlage zulegt, hat höchstwahrscheinlich großes Interesse daran, die besten Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass die Anlage das Maximum an Strom produziert. Manche Faktoren kann man bei der Errichtung einer PV-Anlage nicht beeinflussen, andere schon. Was muss man alles beachten, wenn man den Ertrag des eigenen Kraftwerks optimieren will?

Ausrichtung

Die einfachste Formel für ein optimal ausgerichtetes PV-Modul in Mitteleuropa ist direkt nach Süden (Azimut: 0 Grad), mit einer Neigung von 30 Grad. Bei dieser Montageart werden im Jahresverlauf die optimalsten Einstrahlungswinkel des Sonnenlichts erreicht. Die individuellen Voraussetzungen werden genau diese Ausrichtung aber nicht immer erlauben, weshalb weitere Überlegungen notwendig sind.

In den meisten Fällen werden Solarmodule auf Hausdächern montiert. Deren Neigung und Ausrichtung entscheidet oftmals auch über die Ausrichtung der PV-Anlage. Ist das Dach auch nur halbwegs Richtung Süden ausgerichtet, sind nur geringe Verluste gegenüber einem Südazimut von 0 Grad zu erwarten. Anlagen, die mit 45 Grad Abweichung zum Süden aufgestellt werden, erzielen immer noch 95 Prozent des maximal möglichen Stromertrags.

➤ Mehr lesen: Diese Karte zeigt das Photovoltaik-Potenzial fürs eigene Haus

Neigung

Bei der Neigung der Module gibt es ebenfalls Spielraum. Idealerweise sind PV-Module mindestens um 15 Grad geneigt. "Darunter hat man keinen Selbstreinigungseffekt. Die Module werden durch Regen dann nicht mehr ausreichend gereinigt", sagt Hubert Fechner von der Technologieplattform Photovoltaik (TPPV). Auf Flachdächern verwendet man also am besten eine Aufständerung. Module auf einem steileren, südlich orientierten Dach bringen den Vorteil, dass die Erträge im Winter bei tiefstehender Sonne besser sind. Im Sommer ist dagegen eine flachere Neigung besser.

Flachdächer und Fassaden

Auf Flachdächern hat man besonders viel Gestaltungsspielraum. Interessant ist, dass eine Ost-West-Ausrichtung auf solchen Dächern besser sein kann, als eine südliche. So kann man nämlich mehr Module am Dach unterbringen, die sich nicht gegenseitig beschatten. Das bringt bis zu 40 Prozent mehr Ertrag. Je mehr die Ausrichtung von Süden abweicht, desto besser sind niedrigere Neigungswinkel. Ost-West-Anlagen benötigen dann nur niedrigere Ständer und sind z. B. nur um 20 statt 30 Grad geneigt.

An Hausfassaden können Solarmodule auch vertikal montiert werden, also mit einer Neigung von 90 Grad. "Wenn die Fassade nach Süden ausgerichtet ist, erhält man so immer noch 70 Prozent des Ertrags gegenüber dem Optimum [30 Grad Neigung, Anm.]", sagt Fechner.

➤ Mehr lesen: Solarstrom vom Dach: Große Bauträger wollen massiv ausbauen

Temperatur

Im Sommer ist die Sonnenstrahlung am höchsten, Photovoltaikmodule produzieren dann allerdings nicht den meisten Strom. Der Grund ist die Temperatur. PV-Zellen fühlen sich bei niedrigen Temperaturen quasi am wohlsten. Hier können sie die höchste elektrische Spannung aufbauen. Mit zunehmender Temperatur sinkt die Spannung (Volt), während die Stromstärke (Ampere) nur leicht steigt. Die Leistung (Watt, Produkt aus Spannung und Stromstärke) nimmt insgesamt leicht ab.

Durch die intensive Strahlung können PV-Module im Sommer 80 Grad Celsius und mehr erreichen. Gegenüber einer Temperatur von 25 Grad hat ein typisches Modul mit kristallinen Silizium-Zellen dann um 20 Prozent weniger Ertrag. Der Wert, auf den es ankommt, nennt sich Temperaturkoeffizient. Bei Silizium-Modulen liegt er bei rund -0,4 Prozent pro Grad Celsius, d.h. ein Temperaturanstieg um ein Grad reduziert die Leistung um 0,4 Prozent. Andere Photovoltaik-Zelltypen weisen geringere Werte auf. Module mit einem niedrigeren Temperaturkoeffizient erzielen eine gleichmäßigere Leistung bei unterschiedlichen Temperaturen.

Belüftung

Um die Temperatur von PV-Modulen möglichst niedrig zu halten, eignet sich eine Belüftung. "Hinter einem Modul etwas Luftraum zu haben, ist gut", sagt Fechner. Der kühlende Effekt spreche für PV-Anlagen im Gebirge oder auf Wasseroberflächen. Werde ein Modul auf einer Hausfassade ohne Hinterlüftung montiert, könne man rund 8 bis 9 Prozent weniger Ertrag pro Jahr erwarten.

Für eine optimale Leistung ist es ratsam, wenn Photovoltaikmodule in einer Umgebung mit möglichst niedriger durchschnittlicher Jahrestemperatur und dennoch guten Lichtverhältnissen eingesetzt werden. Die höchsten Erträge erzielen Photovoltaikmodule aufgrund der Temperaturverhältnisse nicht im Juli und August, sondern im April und Mai. Neben den Modulen selbst vertragen im Übrigen auch Wechselrichter Hitze nicht besonders gut. Auch sie sollten möglichst kühl gehalten werden.

Wetter

Das Wetter hat einen klaren Effekt auf die Solarstromproduktion, den man nicht beeinflussen kann. Optimal ist ein sonniger Tag mit wenigen hellen Wolken. Sie sind heller als der blaue Himmel und schicken noch mehr Strahlung auf das Modul. Je bewölkter der Himmel ist, desto mehr sinkt die Strahlungsintensität. Zunehmende Luftfeuchtigkeit ist ebenso schlecht für die Stromausbeute. Sie macht das Licht diffus. Wenn Module durch Schnee bedeckt sind, sinkt ihre Leistung. Ist die Schneeschicht aber nur wenige Zentimeter dick, dringt ein wenig Sonnenlicht durch und das PV-Modul erzeugt Strom. Dadurch entsteht Abwärme und der Schnee rutscht ab.

Schatten

Wenn Teile einer PV-Anlage kein direktes Licht aufnehmen, ist das ihrer Leistung klarerweise nicht zuträglich. In vielen Fällen wird sich eine Beschattung zu manchen Tageszeiten aber nicht verhindern lassen. Hier ist es von Vorteil, wenn man Leistungsoptimierer, Bypass-Dioden oder andere technische Lösungen anwendet, die dafür sorgen, dass einzelne verschattete Module nicht die Leistung der ganzen Anlage reduzieren. "Module sind in Serie geschaltet. Wenn ich eines verschatte, ist das wie ein Wasserschlauch, den ich in der Mitte zudrücke. Da geht viel weniger Strom durch", sagt Fechner. Mit Leistungsoptimierern werden verschattete Module quasi aus der Serienschaltung herausgenommen.

Beidseitigkeit

Je nach Montageort kann es sehr sinnvoll sein, bifaziale Photovoltaikmodule einzusetzen. Sie können von vorne und hinten einstrahlendes Licht in Strom umwandeln. Beim Licht von hinten handelt es sich meist um reflektiertes Sonnenlicht. Bifaziale Module nutzen also den Albedo-Effekt. "Diese Module sind meistens nicht viel teurer als einseitige, können aber 10 bis 15 Prozent mehr Ertrag bringen", sagt Fechner. "Durch Reflexionen von einer Schneedecke kann der zusätzliche Ertrag auch 20 bis 25 Prozent ausmachen."

Bifaziale Module machen bei geneigter, aber auch komplett vertikaler Montage Sinn, etwa an Balkongeländern, Zäunen oder Agrar-PV-Anlagen, wo Reihen von Modulen in Ost-West-Ausrichtung auf Feldern aufgestellt werden.