PV-Anlagen-Leistung pro m² einfach berechnen!

Eine Photovoltaikanlage erzeugt Solarstrom bzw. wandelt durch die Solarzellen die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie. Je größer die Leistung einer PV-Anlage, desto mehr Strom kann theoretisch produziert werden. Doch was bedeutet Leistung und wie bemisst sich die Leistung einer Solaranlage?

• Die Leistung einer PV-Anlage wird in Watt (W) angegeben und hängt von der Sonneneinstrahlung ab; sie ändert sich also ständig.
• Um PV-Anlagen vergleichen zu können, werden Leistungen unter Standardtestbedingungen (STC) angegeben.
• Geht es um die erzeugte Energie, so wird die erzeugte Leistung mit der Zeit multipliziert.
• Die elektrische Leistung einer Solaranlage ergibt sich aus dem Produkt von elektrischer Spannung und Stromstärke.
• Je höher die flächenspezifische Photovoltaik-Leistung in kWp pro m², desto effizienter die Solaranlage.
• Je nach Solarmodulgröße und -leistung variiert der Flächenbedarf in m² pro kW_p.

In der Elektrotechnik steht der Begriff Strom für elektrische Energie. Energie ist das Potential oder auch die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Arbeit – im Englischen „work“ – ist in der Physik mit dem Kürzel „W“ versehen.

Leisteten wir kontinuierlich über einen begrenzten Zeitraum, so wurde umgangssprachlich die Arbeit vollbracht. Wie umfassend die Arbeit schlussendlich ist, hängt mit unserer Leistung und dem Arbeitszeitraum zusammen. So ergibt sich die grundlegende physikalische Formel:

\(Arbeit= Leistung\cdot Zeit\)

\(W= P\cdot t\)

Wobei W für Work, P für Power, also Leistung, und t für Time steht. Die elektrische Energie (Energy, „E“), also die Arbeit, die Strom verrichten kann, ergibt sich aus der elektrischen Spannung (U) und der Stromstärke (I) über einen Zeitraum (t). Grundsätzlich gilt:

\(E= U\cdot I \cdot t\)

So folgt für die elektrische Leistung (P):

\(P=U\cdot I\)

Die Arbeit bzw. Energie wird in der Elektrotechnik in der Einheit Kilowattstunde (kWh) gemessen. Watt (W) ist die Einheit der Leistung.

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Die Erzeugungsleistung einer PV-Anlage wird in Watt (W) angegeben und hängt von der Sonneneinstrahlung ab; sie ändert sich also ständig. Hinzu kommen ggf. die Vorsilben Kilo (k) für Tausend, Mega (M) für Millionen oder auch Giga (G) für Milliarde.

Um PV-Anlagen vergleichen zu können, wurde ein standardisiertes Messverfahren entwickelt, bei dem die Leistungsabgabe gemessen wird. Diese wird – abgeleitet von den Standard Test Conditions – als STC-Leistung, oder Peak-Leistung bezeichnet und in Abgrenzung zur real erzeugten Leistung in Watt Peak (W_p) angegeben. Die Peak-Leistung gibt die installierte Leistung an. Die installierte Leistung ist – außer unter STC – ungleich der Erzeugungsleistung einer Photovoltaikanlage.

Mit einer installierten Leistung von 10 kW_p erzeugt eine Solaranlage unter STC in 3 Stunden (h)30 kWh Strom. Verändern sich die Umgebungsfaktoren Solareinstrahlung, Temperatur und Luftmasse so weicht dietatsächliche Erzeugungsleistung (kW) einer PV-Anlage von derinstallierten Leistung (kW_p) ab.

Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass eine höhere Einstrahlung zu einer höheren Leistung der Photovoltaikanlage führt, wohingegen niedrigere Einstrahlungen auch niedrigere Leistungswerte zur Folge haben. Dagegen ist es bei den Temperaturen umgekehrt. Höhere Temperaturen führen zu niedrigeren Leistungswerten, niedrigere Temperaturen dagegen zu höheren.

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Eine Solaranlage besteht meist aus mehreren Solarmodulen. Um die genaue Photovoltaikleistung pro m² Ihrer Anlage zu berechnen, teilen Sie die installierte Leistung kW_p durch die gesamte Fläche der Solarmodule (m²).

Da die mögliche Anlagen-Größe der Solaranlage durch die vorliegende Dach- oder Fassadenfläche begrenzt ist, soll idealerweise die maximale PV-Leistung realisiert werden. Je nach verwendeten Modultechniken, Herstellern, Modellen ergeben sich unterschiedliche flächenspezifische Leistungen in kW_peak pro m².

Je höher die spezifische Photovoltaik Leistung pro m², desto besser. Die vorliegende Fläche wird effizienter genutzt und Solarerträge fallen höher aus. Das wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage aus.

Wollen Sie bereits vor dem Kauf die Photovoltaik Leistung pro m² einer Solaranlage (Anlagenleistung) oder eines Solarmoduls (Modulleistung) berechnen, kann die folgende Formel angewendet werden:

\(Flächenspezifische \space Leistung =\)

\( \frac{Anlagenleistung\space kW_p}{Fläche\space (m^2)}\)

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Wollen Sie die Photovoltaik-Fläche berechnen lohnt sich ein Blick auf die Solarpanel-Leistung pro m². Je nach Solarmodulgröße und -leistung variiert der Flächenbedarf in m² pro kW_p:

• 250 W Modul mit 1,6 m² = 6,40 m²/kW_p
• 300 W Modul mit 1,6 m² = 5,33 m²/kW_p
• 350 W Modul mit 1,7 m² = 4,86 m²/kW_p
• 400 W Modul mit 1,7 m² = 4,25 m²/kW_p

So erreichen Sie eine Photovoltaik-Leistung von 10 kW_p mit einer Fläche zwischen 42,5 m² und 64 m². Eine Solarleistung von 5 kW_p passt je nach Solarmodul auf eine nutzbare Dachfläche von 21,25 m² bis 32 m². Für eine Photovoltaikanlage mit 3 kW_p Leistung sind zwischen 12,75 m² und 19,2 m² Fläche erforderlich.

Herstellende Unternehmen sowie Forschung und Entwicklung arbeiten kontinuierlich an Effizienzsteigerungen in Photovoltaik: wie viel kW_p pro m² zukünftig realisiert werden kann, hängt von den Leistungssteigerungen der Solarmodule ab. Je höher die Photovoltaik Leistung pro m², desto geringer der Flächenbedarf im Zuge der Energiewende und desto höher die Solarerträge von PV-Anlagenbetreiber:innen.

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Die Leistung einer PV-Anlage ergibt sich aus zwei wesentlichen Komponenten: der leistungsfähigen technischen Vorrichtung und der standortspezifischen Solareinstrahlung.

Betrachten wir zunächst die leistungsfähige Solarmodulfläche. Diese stellt alle Voraussetzungen zur Stromerzeugung bereit, ist ohne Lichteinfall jedoch nutzlos. Die von den herstellenden Unternehmen angegebenen Leistungswerte der Solarmodule basieren meist auf Laborwerten unter STC.

Eine zusätzliche Degradation der verbauten technischen Komponenten über die Nutzungsdauer reduziert ebenfalls die tatsächliche Leistungsfähigkeit von Solarmodulen. Erfahrungswerte und historische Messdaten lassen trotzdem genaue Prognosen von PV-Erzeugungsleistungen zu.

Die zweite ausschlaggebende Komponente der tatsächlichen Leistung einer Photovoltaikanlage ist die Solarstrahlung. Eine Maß für die Solarstrahlung ist die Globale Horizontale Einstrahlung (kurz: GHI). Die GHI gibt die flächenbezogene Solareinstrahlung in kWh/m² an.

Demnach variiert die Erzeugungsleistung einer 10 kW Solaranlage je nach Standort und Ausrichtung. Auch die tatsächliche Photovoltaik-Leistung pro m² hängt von der Solareinstrahlung ab. Der Solarstrom in kWh pro kW_p im Jahr gibt Aufschluss über die Frage: Wie viele kWh produziert eine Photovoltaikanlage am Tag? Beträgt die Leistung einer PV-Anlage 10 kW, erzeugt diese im Durchschnitt in:

• Flensburg 9961 kWh pro Jahr und 27,29 kWh am Tag.
• Hannover 10362 kWh pro Jahr und 28,39 kWh am Tag
• Chemnitz 10933 kWh pro Jahr und 29,95 am Tag.
• Köln 10542 kWh pro Jahr und 28,88 kWh am Tag.
• Nürnberg 11153 kWh pro Jahr und 30,56 kWh am Tag.

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