Photovoltaik verstehen Leistung und Ertrag

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns insbesondere zwei Kenngrössen genauer anschauen: die Leistung und den Ertrag von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen). Dabei beschreibt die Leistung, oder auch Nennleistung, wie viel Solarstrom die PV-Anlage unter genormten Standardbedingungen erbringen kann. Sie wird in der Regel in Kilowatt-Peak (kWp), bei deutlich grösseren Anlagen auch in Megawatt-Peak (MWp) oder Gigawatt-Peak (GWp), angegeben.

Der kWp-Wert wurde eingeführt, da PV-Anlagen abhängig externen Faktoren wie der Sonneneinstrahlung sehr unterschiedliche Stromerträge erbringen können. Er soll somit eine gewisse Vergleichbarkeit ermöglichen. Ebenso ist die Nennleistung hilfreich bei der Planung einer PV-Anlage, um zu bestimmen, wie viele Solarmodule und Dachfläche erforderlich sind. Wichtig ist jedoch, dass die Betriebsbedingungen in der Realität oft von den Testbedingungen abweichen und der erbrachte Ertrag der Anlage daher meist geringer ausfällt.

Der Ertrag einer PV-Anlage bezieht sich hingegen auf den tatsächlich erzeugte Solarstrom. Dieser Wert berücksichtigt reale Einflüsse wie Standort, Wetter, Verschattungen und Anlagentechnik. Der Ertrag ist ein wichtiger Indikator für die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage und ist ausschlaggebend dafür, wie schnell sich eine Anlage amortisiert. In der Regel ist der Ertrag also ein gemessener Wert, der in Kilowattstunden (kWh) angegeben wird.

Ein Beispiel:

Eine 3-köpfige Familie möchte auf dem Dach ihres Einfamilienhauses eine PV-Anlage installieren, wobei sie jährlich etwa 3.600 Kilowattstunden Strom verbraucht. Heutzutage haben Solarmodule, je nach Modultyp und Qualität, eine Nennleistung zwischen 350 und 450 Watt. Für unser Beispiel gehen wir davon aus, dass die Module eine Leistung von 400 Watt (also 0,4 kW) erbringen. Zusätzlich muss man wissen, dass in der Schweiz eine PV-Anlage bei optimaler Ausrichtung durchschnittlich rund 900 Kilowatt Strom je Kilowattpeak pro Jahr erzeugt.

Das bedeutet konkret, dass die Familie mindestens 4 Kilowattpeak benötigt, um den Eigenbedarf zu decken. Bei einer Nennleistung von 0,4 Kilowatt je Modul braucht sie also 10 Module, um eine maximale Leistung von 4 Kilowattpeak zu erlangen. Bei einer standardmässigen Modulgrösse von 1,94 m² bräuchte die Familie hierfür eine freie Dachfläche von knapp 20 m². Wie bereits erwähnt, wird der tatsächlich erzeugte Ertrag jedoch geringer ausfallen, daher ist eine grosszügigere Dimensionierung der Anlage zu empfehlen.

Welche Faktoren beeinflussen den Ertrag?

Verschiedene technische sowie externe Faktoren beeinflussen der Ertrag von Photovoltaikanlagen, sodass sie die angegebene Nennleistung nur selten erreichen:

Globalstrahlung
Die sogenannte Globalstrahlung beschreibt die gesamte Sonneneinstrahlung, die auf der Erdoberfläche ankommt. Sie setzt sich aus direkter und diffuser Strahlung zusammen. Für Solaranlagen ist die direkte Sonneneinstrahlung am wertvollsten, da sie die meiste Energie liefert. Allerdings können auch diffuse Strahlen, die durch Wolken und Streuung entstehen, zur Stromerzeugung beitragen – jedoch in geringerem Masse.

Standort
Der geografische Standort der Solaranlage hat ebenfalls einen Einfluss auf den Ertrag, denn die Anzahl der Sonnenstunden variiert stark je nach Region. In südlichen Regionen, wie etwa in Spanien oder Italien, gibt es mehr Sonnenstunden als in nördlichen Gebieten, was den Ertrag entsprechend erhöht.

Jahreszeit
Während im Sommer die Sonne lange und intensiv scheint, sind die Wintermonate deutlich weniger ergiebig. Bis zu 70 % des gesamten jährlichen Solarstroms werden im Sommerhalbjahr produziert, wohingegen nur etwa 30 % auf die Wintermonate entfallen.

Tagesverlauf
Auch innerhalb eines Tages schwankt die Sonneneinstrahlung stark. Zwischen 11 und 15 Uhr erreicht die Sonnenstrahlung in der Regel ihr Maximum, während sie morgens und abends weniger intensiv ist und nachts gar kein Strom erzeugt wird. Ein Stromspeicher kann besonders nützlich sein, um die tagsüber erzeugte Energie zu speichern und Lastspitzen in den Morgen- und Abendstunden abzudecken.

Ausrichtung und Neigung der Module

Die Ausrichtung der Solarmodule zur Sonne ist einer der wichtigsten technischen Faktoren. Optimalerweise sind die Module nach Süden ausgerichtet, da hier die meiste Sonneneinstrahlung einfällt. Die Neigung der Module sollte zudem zwischen 30 und 40 Grad betragen, um die Sonnenstrahlen in einem möglichst idealen Winkel aufzufangen. Ist eine Südausrichtung aufgrund baulicher Gegebenheiten nicht möglich, sind Ost-West-Anlagen eine gute Alternative, da sie über den Tag verteilt gleichmässiger Energie produzieren.

Verschattungen

Verschattungen durch nahegelegene Gebäude, Bäume oder andere Hindernisse können den Ertrag einer Photovoltaikanlage mindern. Bei Modulen, die in Reihe (Strings) geschaltet sind, kann bereits eine teilweise Verschattung den Stromfluss im gesamten Modul behindern und so die Erträge erheblich drücken. Dies kann durch PV-Leistungsoptimierer verhindert werden.

Qualität der Module

Die Qualität der verwendeten Solarmodule spielt eine entscheidende Rolle für den Ertrag. Hochwertige Module können selbst bei diffusen Lichtverhältnissen oder teilweiser Verschattung noch hohe Stromerträge liefern und erreichen Wirkungsgrad bis zu 22 Prozent.

Wechselrichter und Verkabelung

Der Wechselrichter wandelt den von den Modulen erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um. Je höher der Wirkungsgrad des Wechselrichters, desto weniger der Energie geht bei der Umwandlung verloren. Idealerweise sollte der Wirkungsgrad zwischen 95 und 98 Prozent liegen, was auch abhängig davon ist, ob der Wechselrichter mit oder ohne Trafo arbeitet. Auch die Verkabelung darf nicht ausser Acht gelassen werden. Die mit den Kabeln überbrückte Strecke sollte möglichst kurz sein und einen dicken Leitungsquerschnitt haben, um weiter Energieverluste zu vermeiden.

Potenzial berechnen mit dem Photovoltaik-Rechner

Eine Photovoltaikanlage ist eine kluge Investition in die Zukunft, aber um ihre maximale Effizienz zu erreichen, sind viele Faktoren zu beachten. Für eine präzise Planung ist es daher wichtig, Aspekte wie den Eigenbedarf, Standortbedingungen usw. zu berücksichtigen. Um den Prozess zu erleichtern, bieten wir einen Photovoltaik-Rechner an – ein nützliches Werkzeug, das eine schnelle Berechnung der Wirtschaftlichkeit, Energieproduktion sowie verschiedener Kostenpunkte Ihrer Solaranlage ermöglicht.

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