Die Grundlagen der Solar-Technik

Globalstrahlung

Das Licht der Sonne, dass auf den Erdball trifft, wird durch die Atmosphäre „reduziert“ und durch verschiedene Einflüsse (vor allem durch Wolken) vermindert, bevor es von einem Solarpanel in Stom umgewandelt wird

Zusätzlich trifft aber „diffuses“ Licht aus der Umgebung auf das Panel. Dieser Mix aus direktem Sonnenlicht und Umgebungslicht nennt man Globalstrahlung. Ihre Intensität kann man messen und sie wird als Horizontale Globalstrahlung in [kWh/m²a] angegebenen.

Der Standort

Vor allem ist die Globalstrahlung durch die geographische Lage bestimmt. In Österreich reichen die Durchschnittswerte von 1.000 kWh/m²a bis 1.400 kWh/m²a im Jahr. In Wien beträgt die jährliche Globalstrahlung 1.216 kW/m²a. Das ist ein guter Wert für den Bau eine Solaranlage!

Die korrigierte Globalstrahlung, die die diffuse Strahlung (der Strahlungsanteil, der durch Streuung der Solarstrahlung und durch Reflexion entsteht) mit einrechnet, hat einen höheren (realistischeren?) Wert. Bei „optimaler Ausrichtung“, nach Süden und 35 Grad Neigung, liegen typische Werte in Österreich zwischen 1.200 kWh/m²a und 1.700 kWh/m². Wien liegt dabei vermutlich „im Mittelfeld“.

Neben der Globalstrahlung sind die Sonnenstunden im Jahr interessant. Wien kam in den vergangenen Jahren auf durchschnittlich 2.141 Sonnenstunden. Das ist für eine Großstadt ein sehr guter Wert und Wien liegt damit in Österreich ziemlich weit vorn! Leider gibt es im Winter zunehmend oft trübe Tage, an denen die Leistung einer Solaranlage stark vermindert ist.

Die Globalstrahlung ändert sich natürlich durch den geänderten Sonnenstand im Jahresverlauf und ist im Winter sehr viel niedriger. Im Januar beträgt die Stromausbeute nur ungefähr ein Zehntel des im Juli möglichen Wertes!

Leider steht gerade dann, wenn Strom besonders stark benötigt wird, in unseren Breiten viel zu wenig Globalstrahlung zur Stromerzeugung zur Verfügung.

Auf der eher begrenzten Dachfläche eines Mehrfamilienhauses kann man das Problem nicht dadurch lösen, dass man mehr Solarpanels montiert. Stattdessen muss man also Module auswählen, die aus dem vorhandenen Licht mehr Leistung „herausholen“. Die Leistungsausbeute von modernen Solarpanels liegt heute bei über 21%.

Eine recht neue Entwicklung sind Solarmodule, die mit ihrer Rückseite aus dem Umgebungslicht zusätzlich Leistung generieren können. Eine Dachfläche mit einer gut reflektierenden (weißen) Oberfläche und ein etwas größerer Abstand der Module von der Dachfläche, damit sie besser Umgebungslicht mit der Rückseite aufnehmen können, sind dabei von Vorteil.

Mehr zum Thema Globalstrahlung findest du auf den Webseiten von GeoMap und PV-Austria.

[GeoMap]       [PV-Austria]

Die Ausrichtung

Auch die Ausrichtung des Hauses selbst ist wichtig. Eine Ausrichtung nach Süden galt früher als vorteilhaft, kleine Abweichungen nach Ost oder West konnte man vernachlässigen. Eine Ausrichtung nach Osten oder Westen galt bis vor Kurzem eher als ungünstig. Moderne Solarpanels sind in der Lage, auch ausreichend Strom bei einer Ost-West-Ausrichtung zu generieren.

Die Ausrichtung nach Süden wird mit dem Azimut gemessen. Azimut 0 ist eine Ausrichtung genau nach Süden. Negative Azimut-Werte nimmt man für eine Ausrichtung nach Osten, positive Werte bezeichnen eine westlichere Ausrichtung.

Eine Ausrichtung mit Azimut 0 und einem Neigungswinkel von 35 Grad bringt (theoretisch) 100% Ertrag. Mit einer Abweichung von Azimut +40 (oder -40) sind immerhin noch 95% Ertrag zu erzielen!

Eine Ost-West-Ausrichtung bringt vielleicht zur Mittagszeit nicht dieselben hohen Werte, wie bei Azimut 0, dafür liefert die Anlage morgens früher und abends länger Strom. Bei einem Wohnhaus, in dem viele Bewohner tagsüber nicht zu Hause sind und (mittags) kaum Strom verbraucht wird, kann es sinnvoll sein, dass in den „Tagesrandzeiten“, zum Frühstück oder beim Kochen des Abendessens, mehr Strom erzeugt wird.

Mehr zum Thema Ausrichtung findest du auf den Webseiten von PV-Austria und Photovoltaik Rechner.

[PV-Austria]     [GeoMap]     

Der Neigungswinkel

Auch der Neigungswinkel, der Winkel in dem die Panels zur Sonne ausgerichtet sind, beeinflusst den Stromertrag. Bei einem Satteldach hat man wenig Wahl und passt den Neigungswinkel der Panels an den Neigungswinkel des Daches an. Heute können auch auf der Nordseite eines solchen Daches spezielle Schwachlicht-Panels montiert werden.

Bei Flachdächern kann man den Winkel „freier“ wählen. Ein Winkel zwischen 15 und 60 Grad bringt einen Ertrag von über 93%. Ein flacher Winkel bringt mehr Ertrag bei hohem Sonnenstand als ein steilerer. Dadurch können aber die Solar-Panels im Sommer „zu heiß“ werden und sogar an Leistung verlieren!

Außerdem ist eine auf den Sonnenstand zu Mittag im Sommer optimierte Solaranlage für ein Wohnhaus nicht optimal. Ein Winkel von 60 Grad ist bei niedrigem Sonnenstand günstiger und kann dadurch im Winter mehr Ertrag erzielen. Das mag auf den ersten Blick keinen großen Unterschied machen. Wenn man aber zB eine Wärmepumpe mit der Solaranlage betreibt, können „ein paar Watt mehr“ entscheidend sein!

Der Neigungswinkels auf einem Flachdach ist andererseits durch den Winddruck limitiert, dem die Panels bei Starkwetterereignissen ausgesetzt sind. Orkanartige Stürme werden vermutlich in Zukunft in Wien häufiger werden und sogar noch an Stärke zunehmen, dabei muss man die lange Lebensdauer  einer Solaranlage von 30 Jahren und mehr miteinbeziehen. Man sollte also eine entspechenden Garantieleistung des Anlagenbauers verlangen und das Risiko durch eine Versicherung zusätzlich absichern!

Auch ein zu flacher Winkel kann zu Problemen führen! Die Selbstreinigungsfähigkeit der Solarmodule sinkt, Staub bleibt liegen und bildet einen Grauschleier.  Bei Schnee zB rutscht die Schneedecke nicht so schnell von selber von den Panels mit niedrigem Neigungswinkel. Dann muss man sie öfter reinigen lassen oder eine Schneeräumung veranlassen.

Eine anschauliche Tabellen über die Auswirkunge des Neigungswinkel findest sich bei EchtSolar.

[EchtSolar]

Strom Jahresertrag

Bei Solaranlagen ist der Stromertrag leider sehr ungleich über den Jahresverlauf verteilt. Während in den sonnigen Monaten die Anlage viel Sonnenstrom produziert, sieht es in den dunklen Wintermonaten sehr viel schlechter aus.

Ungefährer Ertrag einer Solaranlage in Österreich im Jahresverlauf. Im Dezember und Januar erzeugt die Anlage nur 15-20% des Stroms, den man im Juni oder Juli erwarten kann.

Fazit

Mit der gut überlegten Montage – optimiert für die Zwecke der Bewohner des Hauses (immer über den Jahresverlauf gesehen) – kann man also ein wenig an „den Stellschrauben“ drehen und „ein paar Kilowatt zur richtigen Zeit“ mehr herausholen.

Wenn man auch noch die Kosten für einen günstigeren oder nicht mehr so günstigen, weil viel aufwändigeren „Unterbau“ berücksichtigt und Vorteile und Nachteile richtig abwägt, ist man schon nahe an der „optimalen Anlage“.