Solarwissen: Warum ist der Neigungswinkel so wichtig?
Photovoltaikanlagen wandeln in ihren Solarzellen die Sonnenstrahlen in elektrischen Strom um. Die Solarzellen nehmen das Sonnenlicht auf und erzeugen durch den sogenannten photovoltaischen Effekt elektrische Energie. Je mehr Sonnenstrahlen direkt auf die Solarmodule treffen, desto effizienter funktioniert dieser Prozess. Neben der Ausrichtung der Module spielt deshalb auch der Neigungswinkel eine entscheidende Rolle. Denn er beeinflusst die Menge der einfallenden Sonnenstrahlen maßgeblich.
Kompliziert daran ist, dass sich der Sonnenstand im Laufe des Tages und der Jahreszeiten ändert. Um die Sonnenenergie optimal einzufangen, müssen die Module so ausgerichtet sein, dass die Strahlen möglichst senkrecht auftreffen. Ist der Winkel zu flach oder zu steil, trifft weniger Licht auf die Oberfläche und die Energieausbeute fällt entsprechend geringer aus. Um die maximale Menge an Sonnenlicht über das gesamte Jahr hinweg zu nutzen, muss der Neigungswinkel genau justiert werden.
Neigungswinkelbestimmung am Beispiel Berlin-Brandenburg
Der ideale Neigungswinkel der PV-Module hängt vom Breitengrad der geplanten Solaranlage ab. Vielfach ist die Faustregel zu lesen, dass der Neigungswinkel in Grad ungefähr dem Breitengrad des Standorts entsprechen sollte. Gemäß dieser Faustregel müsste der ideale Neigungswinkel für Berlin und Brandenburg bei ca. 52° liegen. Dies ist aber nur die halbe Wahrheit. Dieser Winkel wäre nur dann ideal, wenn die Energieausbeute nur für die Wintermonate optimiert werden soll, da die Sonne dann tiefer steht. Allerdings wäre die Leistung in den Sommermonaten nicht optimal, weil dann die Sonne höher am Himmel steht. In der Praxis sollte der Neigungswinkel so gewählt werden, dass das gesamte Jahr hinweg eine möglichst gleichmäßige Solarstromproduktion erreicht werden kann.
Ein Neigungswinkel von etwa 30–35 Grad stellt einen idealen Kompromiss dar. Er berücksichtigt sowohl die tief stehende Sonne im Winter als auch die hoch stehende Sonne im Sommer. Besonders in Regionen wie Berlin und Brandenburg, die durch mäßig sonnige Winter und teilweise intensive Sommer gekennzeichnet sind, kann ein falsch gewählter Neigungswinkel zu deutlichen Einbußen bei der Stromproduktion führen. Dass eine Verschattung durch umliegende Gebäude oder Bäume bei der Planung mit einbezogen werden muss, kommt erschwerend noch hinzu.
Herausforderungen bei unterschiedlichen Dachtypen
Schrägdächer – vorhandene Dachneigung optimieren
Bei Schrägdächern bzw. Satteldächern ist die Dachneigung bereits durch die Bauweise vorgegeben. Diese Neigung kann je nach Gebäudetyp zwischen 20 und 50 Grad variieren. Um die Solarmodule möglichst effizient zu betreiben, muss die vorhandene Dachneigung als Grundlage genutzt werden, auch wenn sie nicht ideal für die maximale Energieausbeute ist. Um die Ausrichtung der Solarmodule zu optimieren, gibt es verschiedene Montagesysteme, mit denen kleine Korrekturen des Winkels vorgenommen werden können. Dies ist vor allem bei Dachneigungen zu empfehlen, die deutlich vom Idealbereich von 30–35 Grad abweichen.
Flachdächer – Aufständerungen mit Vor- und Nachteilen
Flachdächer haben den Vorteil, dass die Neigung der Solarmodule frei gewählt werden kann. Um den idealen Neigungswinkel von etwa 30–35 Grad zu erreichen, werden spezielle Aufständerungssysteme eingesetzt. Diese Gestelle heben die Solarmodule an und stellen sicher, dass die Module optimal zur Sonne ausgerichtet sind. Der Nachteil ist, dass solche Aufständerungssysteme etwas teurer sind als andere Montagesysteme. Zudem müssen bei der Installation auf Flachdächern die Windlasten und die Statik des Gebäudes berücksichtigt werden, sonst können die Module durch starken Wind beschädigt werden oder die Dachstruktur wird überlastet. Darüber hinaus brauchen solche Aufständerungen viel Platz auf dem Dach, weil zwischen den Reihen ausreichend Abstand gelassen werden muss, damit sich die Modulreihen nicht gegenseitig verschatten.
Pultdächer – besonders große Herausforderungen
Pultdächer sind einseitig geneigte Dachflächen. Bei der Planung einer PV Anlag ergibt sich die Problematik, dass wie beim Schrägdach die vorhandene Dachneigung als Grundlage dienen muss, sie aber gleichzeitig immer zu gering sein wird. Entsprechend sind Aufständerungen notwendig, die aber nicht wie bei einem Flachdach frei angeordnet werden können, weil es eben doch eine Grundneigung gibt, die mit einbezogen werden muss. Die einseitige Neigung von Pultdächern stellt deshalb eine besonders große Herausforderung dar, insbesondere wenn sie nicht nach Süden ausgerichtet ist.
Zusätzliche Faktoren, die den optimalen Neigungswinkel beeinflussen
Neben der Dachneigung gibt es weitere entscheidende Faktoren, die den optimalen Neigungswinkel von Solarmodulen beeinflussen:
Ausrichtung des Schräg- oder Pultdachs: Die Ausrichtung eines geneigten Dachs ist ein entscheidender Faktor für die Effizienz einer Solaranlage. Die besten Voraussetzungen für eine hohe Energieausbeute bietet ein Dach, das nach Süden ausgerichtet ist. Eine Ost- oder Westausrichtung führt zwar zu einer geringeren Gesamteffizienz, diese kann aber durch eine fachkundige Anordnung der Module und technische Zusatzlösungen etwas erhöht werden. Beim Flachdach kann die Ausrichtung in der Regel problemlos nach Süden erfolgen, sofern es nicht zusätzliche Verschattungen durch Gebäude oder Bäume zu berücksichtigen gibt.
Verschattung: Eine mögliche Verschattung beeinflusst ebenso die Leistung von Solaranlagen. Bäume, Nachbargebäude, Schornsteine oder Dachaufbauten können Schatten auf die Solarmodule werfen und den Ertrag verringern. Deshalb sollte bei der Planung einer PV-Anlage eine fachkundige Verschattungsanalyse erfolgen. So können problematische Bereiche identifiziert und die Modulpositionierung kann entsprechend angepasst werden.
Regionale Wetterbedingungen: Auch die Wetterbedingungen vor Ort beeinflussen den optimalen Neigungswinkel. In schneereichen Gebieten und bei Flachdächern muss der Winkel so gewählt werden, dass der Schnee möglichst leicht abrutschen kann. Bleibt der Schnee liegen, kann das die Module belasten und die Energieproduktion verringern oder sogar ganz verhindern. In diesen Fällen ist eine Neigung von mindestens 35 Grad empfehlenswert. In Regionen mit starkem Regen muss der Winkel das Ablaufen möglichst erleichtern.
PV-Anlagen-Planung komplexer als gedacht
Werden die oben genannten Ausführung betrachtet, wird deutlich, dass die Planung einer effizienten Photovoltaikanlage äußerst komplex ist. Um Neigungswinkel, Dachtyp, Dachausrichtung, Statik und regionale Gegebenheiten angemessen in die Planung mit einzubeziehen, sollten Sie sich an einen Solarexperten wenden:
- Ein Fachbetrieb führt eine detaillierte Analyse durch, bei der die Dachneigung, Ausrichtung und mögliche Verschattungen berücksichtigt werden.
- Zudem werden gegebenenfalls die Statik des Gebäudes sowie die Einflüsse von Wind- und Schneelasten überprüft.
- Anschließend werden der optimale Neigungswinkel und die beste Positionierung der Module identifiziert.
- Je nach Gegebenheiten vor Ort werden zusätzlich Technologien wie Leistungsoptimierer oder spezielle Montagesysteme empfohlen.
Wenn Sie die Energieausbeute und Wirtschaftlichkeit Ihre PV-Anlage maximieren wollen, steht Ihnen Wilms Solar als Experte gerne zur Seite.
