Dachneigung und Ausrichtung bei Photovoltaikanlagen für den optimalen Stromertrag
Wer eine Solaranlage plant, sollte im Vorfeld grundlegende Parameter ihrer Wirtschaftlichkeit prüfen. Konkret sind das die unmittelbaren baulichen Gegebenheiten. Die Ausrichtung des Daches und die Neigung der Solarkollektoren sind nämlich entscheidend für die reiche Energieausbeute einer Solaranlage. Wir verraten Ihnen in diesem Text, welche Ausrichtung und welcher Neigungswinkel der Photovoltaikmodule die höchsten Ertragsaussichten für Ihre Photovoltaikanlage liefern und wie Sie Abweichungen optimal ausgleichen können.
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Weitere InformationenDiese Dachausrichtung ist für Photovoltaikanlagen optimal
Die höchsten Erträge erreichen Sie mit Ihrer Solaranlage, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht – also im 90°Winkel – darauf fallen. Weil die Sonne aber von Osten nach Westen über den Himmel wandert und dabei auch vom Horizont zum Zenit steigt und wieder zurück, verändern sich die Einfallswinkel ihrer Strahlen laufend. Der genannte ideale Einfallswinkel von 90°lässt sich also nur für wenige Augenblicke täglich erreichen.
Die Abweichung von diesem idealen Einfallswinkel wird bei Photovoltaikanlagen durch den sogenannten Azimutwinkel beschrieben. Dabei bezeichnet 0 Grad Südazimut die optimale Südausrichtung. Liegt die Abweichung Richtung Westen, werden die Winkel mit positiven Vorzeichen genannt. Liegt die Abweichung Richtung Osten, werden die Winkel mit negativen Vorzeichen benannt. Eine reine Ausrichtung nach Osten hat also einen Azimutwinkel von -90 Grad, eine Ausrichtung nach Westen hat einen Azimutwinkel von 90 Grad.
Weil die wenigsten Gebäude nach Süden ausgerichtet sind, ist es sinnvoll, für jedes Gebäude, auf dem eine Solaranlage errichtet werden soll, die bestmögliche Position zu finden – also die mit der besten Ausrichtung nach Süden und der geringsten Verschattung. Zum Neigungswinkel gibt es weiterunten weitere Informationen. Beide Elemente – Ausrichtung und Neigung der Dachfläche – beeinflussen den Wirkungsgrad Ihrer Solaranlage entscheidend.
Sind Solaranlagen nur auf einem Süd-Dach sinnvoll?
Der ideale Einfallswinkel für Sonnenstrahlen auf ein Photovoltaikmodul beträgt 90°, was sich nur mit einer Südausrichtung erreichen lässt. Aber führt eine abweichende Dachausrichtung – zum Beispiel nach Westen oder Osten – wirklich zu so eklatanten Einbußen, dass sich die Installation nicht loht? Diese Annahme ist zwar weit verbreitet, aber sie stimmt so nicht. Richtig ist, dass die von den Herstellern genannten maximalen Erträge einer PV-Anlage nur mit der idealen Südausrichtung erreicht werden können. Aber hohe Erträge sind selbst dann realisierbar, wenn das Hausdach nach Osten, Westen und sogar nach Norden zeigt. Man sollte die genauen Bedingungen im Vorfeld lieber einmal prüfen, bevor man das Vorhaben nur wegen einer vermeintlich ungünstigen Dachausrichtung zu leichtfertig aufgibt. Folgende Faktoren müssen nämlich ebenfalls berücksichtigt werden: Um mit Ihrer Solaranlage den bestmöglichen Ertrag zu erzielen, ist es wichtig, zusätzlich zur Himmelsausrichtung weitere Faktoren wie die Leistung, Dimensionierung und den Neigungswinkel zu optimieren.
Optimale Ausrichtung für PV-Anlagen ist Süden
Die beste bauliche Voraussetzung für die Installation einer Solaranlage ist die Dachausrichtung nach Süden. Wenn eine Photovoltaikanlage mit dieser Dachausrichtung realisiert werden kann, ist die Sonneneinstrahlung auf den PV-Modulen im Laufe des Tages und im Jahresverlauf am längsten, sodass am meisten Strom produziert wird. Solarmodule, die nach Süden ausgerichtet sind, erreichen zur Mittagszeit den größtmöglichen Energieertrag. Die schlechte Nachricht: Die perfekte Südausrichtung einer PV-Anlage ist nur in den seltensten Fällen realisierbar. Hausdächer werden schließlich nicht speziell für die Installation einer PV-Anlage errichtet. Die gute Nachricht: Ist die Abweichung vom Azimut gering – also nach Osten und Westen weniger als 20 Grad – dann sind die Ertragseinbußen kaum messbar. Selbst wenn die Abweichungen der Dachausrichtung um 45 Grad nach Osten oder Westen abweicht, betragen die Einbußen zwischen 5 bis 10 Prozent – hier kommt dann der Neigungswinkel ins Spiel. Selbstredend: Die genannten Werte sind nur dann realisierbar, wenn die PV-Anlage nicht durch Bäume, Strommasten, Schornsteine, Nachbargebäude oder durch andere Objekte verschattet wird.
Ertrag Photovoltaik Ausrichtung nach Westen
Für die Ausrichtung der PV-Anlage nach Westen gelten im Grunde dieselben Werte wie für die Ausrichtung nach Osten. Allerdings erzielt eine nach Westen ausgerichtete Solarstromanlage die höchsten Erträge spätnachmittags und abends. Wer keinen Stromspeicher hat und den Eigenverbrauchsanteil des selbst erzeugten Solarstroms erhöhen will, sollten also Haushaltsgeräte wie Spülmaschine, Waschmaschine und Trockner zu dieser Zeit laufen lassen oder sein E-Auto zu dieser Zeit laden.
Wer seine Solaranlage auf zwei Dachflächen verteilt, die nach Westen und Osten ausgerichtet sind, hat den Vorteil, dass sich die Stromerzeugung gleichmäßiger über den Tag verteilt. Dann gibt es zwei Zeiträume, in denen die Anlage hohe Erträge liefert, nämlich einmal morgens einschließlich frühem Vormittag und später Nachmittag bis Abend. Auf diese Weise kann man den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms erhöhen, ohne einen Solarstromspeicher zu besitzen.
Ertrag Photovoltaik Ausrichtung nach Osten
Auch bei einer Dachausrichtung nach Osten – also bei einem Azimutwinkel von -90 Grad – können Solaranlagen immer noch hohe Erträge erzielen. Solarmodule, die nach Osten ausgerichtet sind, erreichen den größten Ertrag morgens. Wer den Eigenverbrauchsanteil des selbst erzeugten Solarstroms erhöhen will, sollten also Haushaltsgeräte wie Spülmaschine, Waschmaschine und Trockner zu dieser Zeit laufen lassen. Die Ertragsminderung von Photovoltaikmodulen, die nach Osten ausgerichtet sind, betragen gegenüber einer Solaranlage mit Südausrichtung zwischen 10 und 20 Prozent. Auch hier ist es möglich, falls die Dachausrichtung nach Osten geht, den Neigungswinkel der PV-Anlage anzupassen, um den Ertrag zu steigern.
Photovoltaik-Ausrichtung Nordseite
Es ist heute tatsächlich möglich, eine Photovoltaikanlage auf einem Dach mit Nordausrichtung zu installieren. Was früher undenkbar war, ist heute durchaus praktikabel: Weil die Solarmodule über eine außerordentlich ausgereifte-Technik verfügen, können Photovoltaik-Anlagen auch auf Nord-Dächern gute Erträge erzielen. Es ist zwar richtig, dass der Stromertrag von nach Norden ausgerichteten Anlagen im Vergleich mit Solarstromanlagen auf der Südseite um bis zu 40 Prozent geringer ausfällt. Aber das verbesserte Schwachlichtverhalten moderner Solar-Module führt dazu, dass die Sonneneinstrahlung auf ein Norddach bei diffusem Licht vergleichbar ist mit diffuser Sonneneinstrahung auf ein Süddach. Die diffuse Strahlung kommt in Deutschland sehr häufig vor und produziert auf der Nordseite eines Daches ebenso viel Energie pro Quadratmeter wie die anderen Dachseiten. Aber wir wollen es nicht schönreden: Die Ausrichtung nach Norden ist ungünstig und schon die Installation einer PV-Anlage auf der Nordost- oder Nordwestseite des Dachs erhöht bei ansonsten gleichen Voraussetzungen die Energieausbeute um etwa 8 Prozent. Ist aber der Neigungswinkel ihres Hausdachs sehr steil (s. u.), lohnt sich die Installation einer PV-Anlage auf der Nordseite eher nicht, da sonst die Verschattung durch das Dach zu groß ist.
Welche Dachneigung ist für Photovoltaik-Anlagen optimal?
Neben der Dachausrichtung ist der Neigungswinkel der Photovoltaikmodule für die Energieeffizienz der Photovoltaikanlage von entscheidender Bedeutung. Der Neigungswinkel beschreibt die Schrägstellung der Module bezogen auf die Aufstellungsebene. Üblicherweise entspricht der Neigungswinkel einer Solaranlage der Neigung der Dachfläche, auf die Solaranlage installiert werden soll, sofern keine Aufständerung vorgesehen ist. Der Neigungswinkel ist der Winkel zwischen der Kollektorfläche und der Aufstellebene und entspricht, sofern keine Aufständerungen genutzt werden, der Dachneigung.
Prinzipiell gilt: Je flacher die Dachneigung ist, desto höher fällt der Energieertrag der Solaranlage aus. Der Neigungswinkel der Dachfläche lässt sich mit speziellen Apps für das Smartphone oder anhand des Bauplans vom Dachstuhl einfach ermitteln.
Wie im Abschnitt „Diese Dachausrichtung ist für Photovoltaikanlagen optimal“ bereits beschrieben, erzielt eine PV-Anlage die höchsten Erträge, wenn die Sonnenstrahlung senkrecht auf die Solarzelle trifft. Da der Sonnenstand nicht konstant ist und sich im Laufe des Tages und der Jahreszeiten ändert, kann diese Sonneneinstrahlung bei fest montierten PV-Modulen nie permanent erreicht werden. Um im Jahresdurchschnitt aber den Stromertrag zu optimieren, sollte die Solarstrahlung im Sommer zur Mittagszeit möglichst im rechten Winkel auf die Solarpaneele treffen. Als Faustregel gilt außerdem: Je weiter die Ausrichtung der Solaranlage von Süden abweicht, desto vorteilhafter sind flachere Neigungswinkel.
Der Breitengrad bestimmt den idealen Neigungswinkel von PV-Modulen
Welcher Neigungswinkel für eine Solaranlage ideal ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Einer der wichtigsten Einflussgrößen zur Bestimmung der besten Neigung ist der Breitengrad des Installationsstandorts: Je höher der Breitengrad, also je näher der Standort der PV-Anlage an den Polen liegt, desto steiler sollte der Neigungswinkel der PV-Anlage sein. In Deutschland liegt die optimale Neigung einer PV-Anlage zwischen 30 und 40 Grad. In Norddeutschland, wo die Sonne prinzipiell flacher am Himmel steht, sollte der Neigungswinkel Ihrer Solarstromanlage also steiler sein als im Süden, um dem idealen Strahlungswinkel von 90° auf die Paneele möglichst nahe zu kommen.
Eine gute Nachricht: Abweichungen des Neigungswinkels zwischen -5 und 5 Grad von dem Ideal können als unerheblich betrachtet werden. Sogar Abweichungen bis zu 20 Grad vom idealen Einfallswinkel reduzieren den Ertrag um höchstens 5 Prozent gegenüber dem Optimum. Wer die suboptimalen Erträge bei starrer Installation einfach nicht erträgt, kann seine Module mit Nachführsystemen in Richtung Optimum puschen. Durch vertikale oder horizontale Schwenkung passen sich die Module wie eine Sonnenblume an den aktuellen Sonnenstand an. Diese Technik kann die Erträge einer Photovoltaikanlage bis zu 35 Prozent steigern.
Dachneigung 5 Grad
Die Dachneigung von 5 Grad ist im Fall einer optimalen Südausrichtung und einem Haus in Süddeutschland sehr gut für den Stromertrag der Solarmodule. Er erreicht rund 90 Prozent des hypothetischen Optimums von 35 Grad. Bei so geringen Neigungswinkeln sowie bei Flachdächern sollte man immer auch die Schneelast und Selbstreinigung der Solarmodule durch Regen berücksichtigen.Diese ist ab einer Dachneigung von 12 Grad meist gegeben, da abfließender Regen und Schnee mgliche Verschmutzungen wegspülen. Ist der Neigungswinkel geringer, sollten PV-Module unbedingt regelmäßig gereinigt oder alternativ eine Aufständerung installiert werden.
Dachneigung 10 Grad
Eine Solaranlage, die nach Süden ausgerichtet ist, erzielt auch bei einem Neigungswinkel von 10 Grad immer noch über 90 Prozent des maximal möglichen Ertrags. Aber auch hier sollten die flach geneigten Solarpaneele regelmäßig manuell gereinigt werden. Ist die PV-Anlage Richtung Südosten oder Südwesten ausgerichtet, fallen die Ertragsminderungen bei einem Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Prozent recht moderat aus. Spezielle Antireflexschichten eignen sich speziell bei flachen Neigungswinkeln positiv auf den Solarstromertrag aus.
Dachneigung 15 Grad
Bei einem Neigungswinkel von 15 Grad können bei Südausrichtung der Photovoltaikanlage rund 95 Prozent des maximal möglichen Ertrags erreicht werden. Schneelast und Selbstreinigung sind hier unproblematisch: Ab einer Neigung von 12 Grad kann Wasser selbstständig abfließen und Verschmutzungen fortspülen.
Dachneigung 20 Grad
Königsklasse: Bei einer Dachneigung von 20 Grad kann die Solaranlage unter optimalen Bedingungen einen Ertrag von über 97 Prozent erzielen.
Dachneigung 25 Grad
Es wird noch besser: Ein Neigungswinkel von 25 Grad ermöglicht Ertragsmaxima von bis zu 98,7 Prozent.
Dachneigung 35 Grad
Besser geht es nicht: Eine Dachneigung von 35 Grad gilt als durchschnittliches Optimum für Solaranlagen mit Südausrichtung in Deutschland: Eine Photovoltaikanlage mit einem 35-Grad-Neigungswinkel der Solarmodule erreicht ihr absolutes Maximum.
Dachneigung 45 Grad
Eine Dachneigung von 45 Grad erzielt ein Ertragsmaximum von etwa 99 Prozent.
Dachausrichtung und Dachneigung auf einen Blick
Dachausrichtung
- Optimale Ausrichtung: 0° Süden
- Bei Südwest-/Südost-Ausrichtung: Verluste unter 5%
- Bei Ost/West-Ausrichtung: Verluste von ca. 20 %
- Bei Nord-Ausrichtung: Verluste von 30 bis 40%
Dachneigung
- Optimaler Neigungswinkel: zwischen 30° und 40°
- Norddeutschland: steilerer Neigungswinkel
- Süddeutschland: flacherer Neigungswinkel
Fazit Dachneigung und Dachausrichtung bei Solaranlagen
Eine Solaranlage erzielt in unseren Breiten in den meisten Fällen attraktive Energieausbeuten. Natürlich ist sie am höchsten, wenn Ausrichtung und Neigung nahe dem Ideal sind. Aber auch mit Abweichungen davon ist eine PV-Anlage attraktiv. Bei der Diskussion um optimale Neigungswinkel und Dachausrichtungen ist nämlich eins wichtig: Der Faktor Verschattung hat einen viel größeren Einfluss auf die Erträge als eine mäßig optimale Dachneigung oder die falsche Ausrichtung der Solaranlage.