Solaranlage richtig ausrichten: Sonne fürs Solarmodul

Um das Optimum aus einer Solaranlage herauszuholen, reicht es nicht, nur auf das beste Material zu setzen. Ebenso wichtig ist es, die Anlage perfekt einzustellen und die Paneele ideal zur Sonne auszurichten. Dabei gibt es unterschiedliche Aspekte zu berücksichtigen: Neigungswinkel, Himmelsrichtung oder auch die generelle Lage des Hauses. Lohnt es sich, die Einstellung über das Jahr zu ändern, der Anlage also eine gewisse Dynamik zu verleihen/zu ermöglichen? Und wie groß ist der Einfluss von Verschattung auf die Erträge der Solaranlage? Im vorliegenden Artikel finden Sie Antworten auf alle diese Fragen.

> Wie ist der Neigungswinkel der Solarpaneele?
> Was ist der Azimutwinkel?
> In welche Richtung muss ausgerichtet werden?
> Was ist das Nachführsystem?
> Wie beeinflusst die Verschattung den Ertrag der Solaranlage?

Neigungswinkel der Solarpaneele: Theorie und Praxis

Es gibt viele Dinge, die in der Theorie gut klingen, sich in der Praxis allerdings nicht ganz so wie erhofft umsetzen lassen. Der Neigungswinkel von Solarpaneelen gehört hier dazu. Die beste Ausbeute haben Sie als Solaranlagenbesitzer nämlich theoretisch dann, wenn die Sonne senkrecht auf die Module trifft. Ein Winkel von 90° wäre also der Idealfall. Da sich die Erde aber bewegt und um die eigene Achse dreht, verändert sich der Stand der Sonne über den Tag und über das Jahr gesehen. Das hat bei klassischen Heim-Solaranlagen natürlich auch Auswirkungen auf den Einfallswinkel (dynamische Anlagen, deren Ausrichtung mit der Sonne mitwandert, werden weiter unten im Artikel behandelt).
Für die Praxis bedeutet das: Um das Optimum aus der über den Himmel wandernden Sonne herauszuholen, werden Solarpaneele üblicherweise mit jenem Neigungswinkel montiert, welcher im Jahresdurchschnitt die höchste Ausbeute garantiert. Und der liegt in unseren Breitengraden – ganz grob – zwischen 30 und 45°, bzw. 30° und 35° in Deutschland.

Info: Zum Äquator hin flacher
Der optimale Neigungswinkel ändert sich mit der Entfernung zum Äquator. Je näher man diesem kommt, desto kleiner ist der benötigte Winkel. Grund dafür: Die Sonne steht in Äquatornähe deutlich höher am Himmel als zum Beispiel in Deutschland.

Die ganze Wahrheit ist mit dem idealen Neigungswinkel zwischen 30 und 45° aber auch noch nicht erzählt. Auch die Art der Solaranlage, die Sie montieren und betreiben möchten, spielt eine Rolle.

• Photovoltaik oder Solarthermie zur Warmwasserbereitung: Diese Arten von Anlagen erreichen ihr Leistungsmaximum im Sommer bei hoch stehender Sonne. Entsprechend flach sollte der Neigungswinkel sein und zwischen 35 und 45° liegen. Im Hochsommer ist der ideale Neigungswinkel sogar noch geringer: eher 20° bis 30°.
• Solarthermie zur Heizunterstützung: Während der Sommermonate wird üblicherweise weniger geheizt, diese Systeme sind entsprechend besonders im Frühjahr und im Herbst gefordert. Die Sonne steht zu diesen Zeiten weniger hoch am Himmel als im Sommer. Deshalb muss der Neigungswinkel angepasst werden, er liegt zwischen 45 und 65°.

Optimale Ausrichtung: Was ist der Azimutwinkel?

Wer sich näher mit der Ausrichtung seiner Solaranlage beschäftigt, wird früher oder später über den „Azimutwinkel“ stolpern. Der beschreibt die Abweichung von der optimalen Südausrichtung. 0° ist dabei der Idealfall. Liegt eine Abweichung in westlicher Richtung vor, werden Plus-Werte zur Angabe herangezogen. In östlicher Richtung benutzen die Fachleute Minus-Werte. Eine Ost-Ausrichtung hätte einen Azimutwinkel von -90 °, eine Westausrichtung von +90°. Zur schnelleren Orientierung in der Praxis, folgen nun die gängigsten Ausrichtungen und der dazugehörige „Azimut“:

• Süden: 0°
• Südwest: +45°
• Westen: +90°
• Nordwest: +135°
• Südost: -45°
• Osten: -90°
• Nordost: -135°
• Nord: +/- 180°

Azimut- oder Elevationswinkel:
Der Azimutwinkel beschreibt im Grunde genommen eine Abweichung. In der Photovoltaik ist es die Abweichung von der (optimalen) Südausrichtung. Der Azimut – auch Elevationswinkel genannt – kommt aber natürlich auch in anderen Fachrichtungen zum Einsatz. Zum Beispiel in der Navigation (Abweichung vom Kurs), der Kartographie (Abweichung von der Nordausrichtung) oder der Technik (Ausrichtung einer Satellitenschüssel).
Der Begriff „Azimut“ stammt übrigens vom arabischen „as-sumut“ ab, was so viel wie „Die Wege“ bedeutet.  

Ausrichtung der Solaranlage: So südlich wie möglich

Auch wenn es um die Ausrichtung der Solaranlage nach einer bestimmten Himmelsrichtung geht, tritt also dieses alte und weiter oben bereits erwähnte Spannungsverhältnis zwischen Theorie und Praxis auf. Theoretisch ist es nämlich am besten, wenn alle Paneele nach Süden ausgerichtet sind. Diese Positionierung wäre die Grundvoraussetzung dafür, dass die von den Herstellern angegebenen Maximalerträge an Leistung überhaupt erreicht werden können.
In der Praxis funktioniert das so aber nicht, wie zu erwarten war: Rein theoretisch wäre eine Südausrichtung aller Dächer in Deutschland (und der Welt) irgendwie möglich, ja. Die Realität verunmöglicht dies allerdings. Bäume, Berge, andere Häuser etc. – die Liste an potenziellen Schattenverursachern ist gar nicht so kurz.
Zweiter Punkt: Solaranlagen sind klassische Nachrüstelemente. Sie werden meist auf Dächern montiert, die dafür gar nicht ausgelegt sind. Nicht was die Tragfähigkeit und die Statik betrifft. Diese Aspekte müssen natürlich im Vorfeld beachtet werden. Gibt es hier Zweifel, wird der Fachmann von der Installation einer Solaranlage abraten. Nein, die Rede ist vielmehr von der Ausrichtung. Bei der Errichtung des Hauses spielte die nachträgliche Montage keine Rolle. Es ist also meist eine Glücksfrage, ob das Dach zufällig nach Süden ausgerichtet ist. Bei neu zu errichtenden Gebäuden wird dieser Aspekt sehr wohl beachtet. Ein Flachdach oder eine Anlage mit sogenanntem „Nachführsystem“ – dazu später mehr – bieten die besten Voraussetzungen für die Ausrichtung nach Süden.

Die Möglichkeiten eines Flachdachs:
Auf Flachdächern ist eine Ost-West-Ausrichtung meist sogar die bessere Variante. Denn: Derart positionierte Anlagen nutzen die Dachfläche besser aus und erzielen bis zu 40 % mehr Ertrag als bei einer reinen Südausrichtung.

Aber keine Sorge: Auch abseits der 100 %-igen Südausrichtung sind hohe Erträge möglich bzw. die Regel. Eine Abweichung von 30 % nach Ost oder West schmälert das Ergebnis lediglich minimalst. Wir haben einen Überblick über die Azimutwinkel und den zu erwartenden Ertrag bei einer idealen theoretischen Modulneigung von 30° im Hochsommer:

Was diese Tabellen besonders gut zeigt: Haben Sie keine Angst vor einer mitunter großen Abweichung von der Südausrichtung. Die wirkt auf den ersten Blick vielleicht dramatisch, der tatsächliche Ertragsverlust hält sich allerdings in sehr überschaubaren Grenzen. Ihre Solaranlage ist auch dann noch rentabel, wenn der Azimutwinkel bei +/- 100° liegt. Auf dem Markt gibt es übrigens Apps, mit deren Hilfe Sie die für Ihr Gebäude passende Abweichung selbst berechnen können. Allerdings raten wir Ihnen, bei diesem wichtigen Thema auf Profis und deren Know-how zu vertrauen.

Das Nachführsystem: Immer der Sonne nach

Die Natur liefert oft die besten Ideen und Vorlagen. Ingenieure orientieren sich immer wieder an Bewegungen von Tieren oder der Organisation von Pflanzen. So ahmen bestimmte Solaranlagen beispielsweise die Sonnenblume nach. Genauer gesagt deren Ausrichtung nach der Sonne. Sogenannten Nachführsysteme richten die Anlagen immer wieder neu aus und folgen dem Verlauf der Sonne. Maximaler Ertrag ist somit garantiert. Es gibt zwei Arten:

• Einachsige Nachführsysteme: Können lediglich vertikal geschwenkt werden.
• Zweiachsige Nachführsysteme: Können vertikal und horizontal geschwenkt werden. 

Ausgehend vom System lassen sich bis zu 35 % mehr Ertrag erwirtschaften. Allerdings ist die Installierung eines Nachführsystems nicht immer ratsam. Zu den negativen Aspekten derartiger Anlagen zählen der verhältnismäßig hohe Preis und der ebenso hohe Platzbedarf. Am geeignetsten sind nachgeführte Solaranlagen in Regionen mit vielen Sonnenstunden und nur wenig diffuser Strahlung. 

Info: Direkte vs. diffuse Sonnenstrahlung
Die Sonnenstrahlung setzt sich aus direkter und diffuser Strahlung zusammen. Die direkte Strahlung ist jener Anteil, der die Erdoberfläche ohne Ablenkung erreicht. Dieser Anteil ist bei strahlend blauem und wolkenlosem Himmel besonders hoch. Diffuse Strahlung wiederum wird auf ihrem Weg von Wolken, Nebel oder Dunst abgelenkt und gestreut. Sie trifft aus unterschiedlichen Richtungen auf die Erdoberfläche und ist dementsprechend weniger stark als die direkte Strahlung.

Der Einfluss der Verschattung auf den Ertrag der Solaranlage

All die schönen Berechnungen und Tabellen sind übrigens nutzlos, wenn zu viel Schatten auf die Paneele geworfen wird. Das beeinträchtigt die Stromproduktion nämlich deutlich stärker als eine Abweichung von der Südausrichtung. Dabei gilt als Faustregel: Je weiter oben sich ein Gebäude befindet, desto besser ist dessen Lage für die Solaranlage. Ausnahmen natürlich inklusive.
Führen Sie deshalb vor der Montage und der Ausrichtung Ihrer Solaranlage immer eine ausführliche Verschattungs-Analyse durch. Soll diese wirklich alle Aspekte beleuchten, ist sie umfangreich. Wenden Sie sich deshalb unbedingt an einen Fachmann. Der weiß, worauf er achten muss und welche Probleme auftreten können, die heute für den Laien noch gar nicht absehbar sind.

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