Solaranlage dimensionieren: Welche Leistung & wie viele Module für Photovoltaik & Solarthermie? 

Die richtigen Fragen zur passenden Solaranlage: Einsatzort, Strombedarf, Fläche & mehr   

Es ist zwar kein Katalog, der abgearbeitet werden muss. Vor der Installation einer neuen Solaranlage gilt es allerdings einige Fragen zu beantworten. Hauptsächlich, um die richtige Dimensionierung für die Anlage zu finden. Wie soll sie genutzt werden (Einspeisung vs. Eigenverbrauch)? Wie hoch ist der Strombedarf überhaupt? Wo soll sie errichtet werden? Wie groß ist die zur Verfügung stehende Fläche? Wie sieht es mit der Ausrichtung aus und welche Modulart eignet sich am besten? Und wie sieht es mit der Dimensionierung einer Solarthermieanlage aus? Dieser Artikel liefert Grundlagenwissen und Entscheidungshilfen rund um jede einzelne dieser sechs Fragen.

> Wie wird Solarstrom genutzt?
> Wie hoch ist der Strombedarf?
> Wo steht die Solaranlage und wie sonnig ist der Standort?
> Wie ist die Solaranlage ausgerichtet?
> Wie groß ist die zur Verfügung stehende Fläche?
> Welche Solarzellen sind geeignet?
> Wie berechnet man die Modulanzahl?
> Montiert man die Solarmodule horizontal oder vertikal?
> Wie dimensioniert man eine Solarthermieanlage richtig?

1. Frage: Wie wird der Solarstrom genutzt? 

   Eine Photovoltaikanlage erzeugt Strom. So weit, so klar.
   Hinweis
   Eine Solarthermieanlage erzeugt übrigens Wärme, diese Art der Solaranlage wird etwas später in einem gesonderten Absatz behandelt. Zunächst steht die Photovoltaikanlage im Fokus. „Solar“ und „Photovoltaik“ werden synonym verwendet.
   
   Die Frage ist: Was wird mit dem Strom angestellt? Dient er lediglich zur Deckung des Eigenbedarfs oder soll er auch weitergegeben – also ins öffentliche Netz eingespeist werden? Die Beantwortung dieser Frage hat direkten Einfluss auf die Dimensionierung. Den Eigenbedarf deckt auch bereits eine kleinere Anlage, wer mehr produzieren will, benötigt eine größere Anlage.
   Früher wurden manche Photovoltaikanlagen nur dafür gebaut, um den erzeugten Strom ins Netz zu speisen und damit Geld zu verdienen: Die sogenannte „Einspeisevergütung“. Rentabel ist das heute allerdings nicht mehr. Die Netzparität wurde mittlerweile erreicht. Das bedeutet: Strom aus erneuerbaren Energien und beim Netzbetreiber gekaufter Strom sind gleich teuer.
   
   Wie viel Geld gibt’s für Solarstrom?
   Die Höhe der Einspeisevergütung richtet sich nach der Leistung der Anlagen. Im März 2021 gab es bei weniger als 10 kWp (Kilowattpeak = theoretische Höchstleistung einer Photovoltaikanlage) 7,92 Cent pro kWh (Kilowattstunde). 7,70 Cent bei weniger als 40 kWp. Und bei jeder Leistung über 40 kWp gibt’s 6,04 Cent.

2.  Frage: Wie hoch ist der Strombedarf?

   Der nächste Faktor, der die Dimensionierung einer Solaranlage deutlich beeinflusst, ist der persönliche Stromverbrauch. Im Fall einer vierköpfigen Familie liegt der durchschnittliche Verbrauch bei etwas mehr als 4.000 kWh/Jahr. Dabei handelt es sich allerdings nur um einen statistischen Richtwert.
   Wer es genauer wissen möchte, der wirft einen Blick auf die Werte aus den vergangenen Jahren. Was wiederum nur etwas bringt, wenn die Solaranlage auf einem bereits bestehenden Gebäude/für einen bereits bestehenden Haushalt installiert werden soll. Im Fall eines Neubaus muss mit der Statistik vorliebgenommen werden.
   Führen Sie die Bedarfserhebung mit Weitsicht durch. Stehen in den kommenden Jahren eventuell Anschaffungen auf dem Programm, welche den Strombedarf in die Höhe treiben werden? Beispielsweise werden E-Autos immer günstiger.

3. Frage: Wo steht die Solaranlage und wie sonnig ist der Standort?

   Die Standortfrage darf bei der Dimensionierung nicht vernachlässigt werden. Das Ausmaß an Sonneneinstrahlung ist je nach geographischer Lage unterschiedlich. Daraus resultieren klarerweise auch Differenzen in der sogenannten „eingestrahlten mittleren Energiedichte“. Der auch als Globalstrahlung bekannte Wert ist im Süden Deutschlands höher als im Norden. Die Werte bewegen sich laut Deutschem Wetterdienst DWD zwischen 934 kWh/m² und 1304kWh/m² pro Jahr. Das entspricht etwa einem jährlichen Durchschnitt von 1037kWh/m².
   Auf die Stromproduktion mittels Photovoltaikanlage hat dieser Umstand deutliche Auswirkungen. Ausgehend von einer Leistung von 1 kWp/Jahr können zwischen 850 und 1.200 kWh generiert werden. Anlagen für Einfamilienhäuser leisten durchschnittlich zwischen 5 und 10 kWp im Jahr, und könnten rechnerisch demnach zwischen 4.250 und 12.000 kWh generieren.  

4. Frage: Wie ist die Solaranlage ausgerichtet? 

   Nicht nur der Standort des Gebäudes ist ein wichtiger Faktor für die Dimensionierung der Solaranlage, auch die Ausrichtung des Daches. Idealerweise liegt die genau in Richtung Süden, der Neigungswinkel sollte bei 30° liegen.
   Allerdings werden diese Idealwerte in der Praxis nur selten erreicht. Etwaige Ertragsverluste aufgrund suboptimaler Ausrichtung können mit größeren Anlagen ausgeglichen werden. Was an dieser Stelle aber auch gesagt werden muss: Die Solartechnik hat sich in den letzten Jahren stetig verbessert. Moderne Module bringen auch bei nicht optimaler Ausrichtung annähernd ihre Maximalleistung, der Verlust bewegt sich im niedrigen einstelligen Prozentbereich.
   Zur richtigen Ausrichtung einer Solaranlage finden Sie in unserem Blog übrigens den umfangreichen Artikel Ausrichtung Solaranlage: Ratgeber zu Dachneigung, Azimutwinkel, Himmelsrichtung & Co.. 

5. Frage: Wie groß ist die zur Verfügung stehende Fläche? 

   Die Größe der Solaranlage wird prinzipiell von der verfügbaren (Dach-)Fläche beschränkt. Wenn es der finanzielle Rahmen erlaubt, ist es ratsam, immer ans Maximum zu gehen. Wird mehr Strom erzeugt als verbraucht werden kann, bieten sich entsprechende Stromspeicher zur Zwischenlagerung der Energie an. Oder – wenn möglich und gewollt – die Einspeisung ins öffentliche Netz.
   Je optimaler die in den Fragen 1-4 behandelten Faktoren im konkreten Fall sind, desto kleiner (und somit günstiger) kann die Anlage ausfallen.

6. Frage: Welche Solarzellen sind geeignet? 

   Die Vielfalt auf dem Solarzellenmarkt ist durchaus groß. Für die klassische Solaranlage auf dem Dach kommen aber hauptsächlich kristalline Zellen infrage. Die werden aus Siliziumscheiben hergestellt, sogenannten „Wafer“. Heutige Wafer aus der Massenfertigung sind 140 bis 180 Mikrometer dünn. Unterschieden wird dabei zwischen mono- und polykristallinen Zellen: 
   • Monokristalline Solarzellen: Bestehen aus reinem, kristallinen Silizium. Sind zwar etwas teurer als polykristalline Zellen, bringen dafür aber auch mehr Leistung.
   • Polykristalline Solarzellen: Aufgrund des niedrigeren Preises die am weitesten verbreitete Art der Solarzellen. Sind allerdings nicht so leistungsstark wie monokristalline Zellen und finden bei klassischen Dach-Solaranlagen deshalb immer weniger Verwendung. 
    Ein wichtiger Faktor ist der Flächenbedarf pro kWp. Monokristalline Zellen benötigen rund 6 m², polykristalline Zellen etwas mehr, nämlich 8 m².
   
   Dickschicht vs. Dünnschicht 
   Mono- und polykristalline Solarzellen sind sogenannten Dickschichtzellen. Sie werden aus einem großen Block geschnitten und in die entsprechende Form gebracht. Bei Dünnschichtzellen sieht der Fertigungsprozess anders aus. Die werden – notwendige Verschaltung inklusive – auf ein bruchsicheres Trägermaterial aufgedampft. Die Dünnschicht-Variante eignet sich gut für sehr große Flächen, hat allerdings einen geringeren Wirkungsgrad als Dickschichtmodelle.
   
   

Die Berechnung der Modulanzahl:

Gleich vorweg: Auf Nummer sicher gehen Sie, wenn Sie die Berechnung der Modulzahl von einer Fachfirma planen lassen. Hierzu stehen wir Ihnen natürlich unter info@klimaworld.com zur Verfügung. Möchten Sie selbst veranschlagen, aus wie vielen Modulen die neue Solaranlage bestehen kann/soll, sind einige Berechnungen notwendig. Gehen wir von einer Dachfläche von 60 m² (Länge: 10 m, Breite, 6 m) aus und rechnen den Sicherheitsabstand zum Dachrand von 0,2 Metern ein, ergibt das eine verfügbare Fläche von 56,84 m² (Rechnung: 9,8 * 5,8).
Danach folgt die Berechnung des Flächenbedarfs pro Solarmodul. Für das Beispiel gehen wir von Elementen mit einer Länge von 1,64 m und einer Breite von 0,992 m aus – dies entspricht den Solarmodulen bei uns im Shop. Zwischen den Modulen muss ein Abstand (0,02 m) eingehalten werden. Daraus ergibt sich ein Flächenbedarf von 1,62688 m² (Berechnung: 1,64 * 0,992) pro Modul.
Überschlagen haben auf einer 56,84 m² großen Dachfläche 34,93 Module Platz. (Rechnung: 56,84 / 1,62688). Verlegt werden können somit maximal 34 Module.
Bei einer Modulleistung von je 320 Watt ergibt das eine Gesamtleistung von 10.880 Watt oder 10,88 kWp.

Die Montagerichtung der Solarmodule bestimmen: Horizontal oder vertikal

Bei der Fixierung Ihrer Solarmodule haben Sie die Wahl zwischen Längs- und Querverlegung, oder auch horizontal und vertikal. Bei Dachpfannen ist die Längsverlegung / horizontale Installation jedoch aufwändiger und teurer, da ein Kreuzverbund der Unterkonstruktion erstellt werden muss. Die Entscheidung für eine Montagerichtung hat Einfluss auf die schlussendlich mögliche Modulanzahl.

• Längsverlegung: Zunächst müssen die verfügbare Dachlänge durch die Modulbreite und die die Dachbreite durch die Modullänge geteilt werden. Die Multiplikation der Ergebnisse ergibt die Anzahl der maximal möglichen Module. In unserem Beispiel ist die Montage von 9 Modulen neben- und 3 Modulen übereinander möglich (Rechnungen: 9,8 / 0,992 = 9,88; 5,8 / 1,64 = 3,53). Daraus folgt: Die maximal in Längsrichtung verlegbare Anzahl an Solarmodulen liegt bei 27 Modulen (Rechnung: 9 * 3 = 27).
  Daraus ergib sich eine Maximalleistung von 8.640 Watt oder 8,64 kWp (bei 320 Watt pro Modul).
• Querverlegung: Die Dachlänge wird durch die Modullänge, die Dachbreite durch die Modulbreite geteilt. Das Ergebnis zeigt, dass 6 Reihen übereinander mit jeweils 8 Modulen auf der Fläche Platz finden. (Rechnungen: 9,8 / 1,64 = 5,97; 5,8 / 0,992 = 5,85). Somit können maximal 48 Module montiert werden. (Rechnung: 5 * 5 = 25).
  Die Maximalleistung dieser Anlage (320 Watt pro Modul) liegt bei 8.000 Watt oder 8,00 kWp und ist somit geringer als bei der längsverlegten Variante. 

Die richtige Dimensionierung einer Solarthermieanlage 

Anders als die Photovoltaikanlage dient die Solarthermieanlage nicht zur Stromgewinnung, sondern zur Trinkwassererwärmung und zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden. Und genau da findet sich bereits der wichtigste Punkt, der bei der Dimensionierung einer Solarthermieanlage zusätzlich zur Photovoltaikanlage beachtet werden muss: Der Verwendungszweck. Kurz zur Berechnung des jeweils notwendigen Platzbedarfs:

• Trinkwassererwärmung: Die benötigte Anlagengröße hängt von der Art des verwendeten Kollektors und der Haushaltsgröße ab. Beim Flachkollektor werden rund 1,5 m² pro Person benötigt. Beim Röhrenkollektor sind es nur 1,25 m². Ein Zweipersonenhaushalt benötigt also entweder eine 2,5 m² große Anlage (Röhrenkollektor) oder eine Fläche von 3 m² (Flachkollektor).
• Heizungsunterstützung: Auch hier sind die zugrunde liegenden Faktoren der Berechnung die Kollektorart und die Haushaltsgröße. Bei Flachkollektoren ist der Flächenbedarf wieder größer (2,25 m²) als bei Röhrenkollektoren (1,75 m²). Für einen Zweipersonenhaushalt sind entweder 3,5 m² (Röhrenkollektor) oder 4,5 m² (Flachkollektor) notwendig.

Welche Kollektorart eignet sich aber nun besser für welchen Verwendungszweck? Soll die Solarthermieanlage lediglich der Trinkwassererwärmung dienen, reichen in der Regel Flachkollektoren. Die Leistung ist ausreichend, der Preis niedriger als bei Röhrenkollektoren. Die kommen wiederum eher bei der Heizungsunterstützung zum Einsatz, weil sie die erforderliche Mehr-Power mitbringen. Zudem funktionieren sie auch besser auf Dächern, die nicht ideal nach Süden ausgerichtet sind.

Solarmodul vs. Solarkollektor
Weil im Solarthermie-Absatz mit dem „Kollektor“ ein neuer Begriff auftaucht: Lassen Sie sich nicht verwirren. Sowohl der Solarkollektor als auch das Solarmodul wandeln Sonnenlicht in Energie um. Der Kollektor erzeugt Wärme, das Modul Strom. Und weil der Großteil dieses Artikels die Photovoltaikanlage behandelt, taucht der Kollektor eben erstmals gegen Ende – im Solarthermie-Absatz auf.

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