Letzte Aktualisierung: 25.10.2022

Solaranlage im Optimum – Ausrichtung und Neigungswinkel

Der geografische Standort einer Photovoltaikanlage und die Art der Befestigung an, auf oder neben einem Gebäude bestimmen die ideale Ausrichtung und den Neigungswinkel. Beide Faktoren beeinflussen den PV-Ertrag. Was bei der Ausrichtung einer Solaranlage zu beachten ist und wie der optimale Neigungswinkel ermittelt wird, erfahren Sie im folgenden Beitrag.

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Das Wichtigste in Kürze

  • Für PV-Anlagen mit Azimut ± 40 Grad (Süd-Abweichung) bieten Aufstellwinkel zwischen 30 und 35 Grad maximale PV-Erträge. Sind Solarmodule in Richtung Westen, Osten oder Norden ausgerichtet, sollte die Neigung im Verhältnis zur Süd-Abweichung sukzessive sinken.
  • Je geringer der Neigungswinkel, desto weniger beeinflusst die Ausrichtung den Ertrag der PV-Anlage. Der Großteil der neu installierten Anlagen weist einen Neigungswinkel zwischen 20 und 40 Grad auf, Anlagen mit flachen Neigungswinkeln sind rückläufig (Stand: 2021).
  • Ost-West ausgerichtete Solaranlagen sind sehr netzdienlich und führen zu einer Verstetigung der Photovoltaik-Leistung über den Tag. Ost- und West-Ausrichtung lohnen sich daher auch für Flachdächer.
  • Haben Hauseigentümer PV-Module in mehrere Himmelsrichtungen ausgerichtet, liefert die Solaranlage über den gesamten Tag eine konstante Stromkurve.
  • Geht die erzeugte Energie in den Eigenverbrauch, lohnt sich die Ost-West-Verlegung deutlich mehr.
  • Ist der Eigenverbrauch an der gewonnenen Energie geringer, als mit der Solaranlage erzielt wird, ist zur zusätzlichen Einspeisung eine Süd-Verlegungbesser, weil durch die intensive Mittagssonne ein höherer Ertrag erzielt werden kann.
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Ausrichtung Photovoltaik: das gilt es zu beachten

Sonneneinstrahlung im täglichen Wandel

Die stärkste Sonneneinstrahlung liefert die Sonne um die Mittagszeit. Ist eine Solaranlage nördlich des nördlichen Wendekreises aufgestellt, was für alle PV-Anlagen in Europa gilt, kann die stärkste Sonneneinstrahlung des Tages durch eine Süd-Ausrichtung ausgenutzt werden.

Im Solarsektor beschreibt der Fachbegriff Azimut die horizontale Ausrichtung von Solaranlagen. Für Solaranlagen auf der nördlichen Halbkugel bedeutet ein Azimut von 0 Grad eine vollständige Ausrichtung gen Süden. Bei einer Abweichung Richtung Osten verändert sich der Winkel mit negativem Vorzeichen. Ein Azimut -45 Grad deutet auf eine Süd-Ost-Ausrichtung hin. Bei einer Abweichung Richtung Westen verändert sich der Winkel mit positivem Vorzeichen. Ein Azimut von 45 Grad besteht bei einer Süd-West-Ausrichtung.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass sich der Sonnenstand und die Sonneneinstrahlung täglich verändern. Das Ausrichtungsoptimum am 20. Mai ist ungleich der idealen Ausrichtung am 20. November. Des weiteren bewegt sich der Einfluss des PV-Ertrags durch die horizontale Ausrichtung im Überschaubaren. Je nach Bedarf sollte die ungefähre Ausrichtung gen Osten, Süden und/oder Westen stimmen, eine Abweichung von der berechneten, optimalen Ausrichtung auf der Horizontalen ist bei der Kaufentscheidung für eine Solaranlage in Relation zu setzen.

Für eine Stromversorgung durch PV über den gesamten Tag sind idealerweise Solarmodule sowohl gen Süden als auch gen Osten und Westen ausgerichtet. So kann die Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf maximal ausgenutzt werden.

Bedarfsorientierte Ausrichtung

Flach- und Schrägdächer eignen sich für Photovoltaik-Anlagen gleichermaßen. Auf einem Flachdach können die Module einfach aufgeständert werden. Das hat den Vorteil, dass sich die Ausrichtung und Neigung der Module flexibel gestalten lässt.

Ein Dach mit Süd-Ausrichtung bedeutete früher die maximale Stromausbeute hinsichtlich der Einnahmen über die Einspeisevergütung. In Zeiten der Eigenverbrauchsrendite bedeutet ein Süddach jedoch, dass man mittags viel zu viel Strom produziert, um ihn selbst zu verbrauchen. Ausgenommen sind Energiesysteme mit Energiespeichern. Hier können die Leistungsspitzen durch die Süd-Ausrichtung genutzt werden.

Heute sind auch Ost- und West-Ausrichtung für Solaranlagen gut geeignet, da sie auch morgens und abends Strom produzieren und das Stromangebot entzerren. Besonders Flachdächer eignen sich für Ost-West Ausrichtungen. Die maximale Leistung der Anlage ist gegenüber einer Süd-Ausrichtung zwar geringer, es kann allerdings eine höhere Anzahl an Solarmodulen angebracht werden. So kann über den ganzen Tag rund 40 % mehr Strom generiert werden. Das lohnt sich besonders für Gewerbebetriebe oder Gebäude mit konstantem Lastprofil. So muss bei der Planung auf das individuelle Lastprofil eingegangen und das vorhandene Energiesystem berücksichtig werden. Denn Energiespeicher sind ebenso in der Lage, hohe Spitzenleistung über die Mittagszeit aufzunehmen.

Ist der Eigenverbrauch an der gewonnenen Energie geringer, als mit der Solaranlage erzielt wird, ist zur zusätzlichen Einspeisung eine Süd-Verlegung geeigneter, weil durch die intensive Mittagssonne ein höherer Ertrag erzielt werden kann.

Bei der bedarfsorientierten Planung und Ausrichtung von Photovoltaikanlagen beraten lokale Fachbetriebe. Nur individuell abgestimmte PV-Anlagen können das vorliegende Potential voll ausschöpfen.

Mit einfachen Tools zur optimalen Ausrichtung

Kann die Aufstellung einer Solaranlage wie bei einem Flachdach frei gewählt werden, ist die optimale Ausrichtung einfach über Daten-Plattformen wie bspw. PVGISder Europäischen Kommission oder Softwares wie Solargis, zu ermitteln.

Je nach geografischer Lage ermittelt die kostenfreie Plattform PVGIS die optimale Ausrichtung einer Anlage eines ausgewählten Ortes. Gleiches gilt für das Optimum der Neigung. Bei Flachdächern ist bei der Ausrichtung und dem Neigungswinkel insbesondere auf die Verschattung durch Nachbarmodule im Tagesverlauf der Sonne zu achten.

Ist die Errichtung einer Solaranlage an das vorliegende Dach mit entsprechender Ausrichtung gebunden, ermitteln genannte Daten-Plattformen prognostizierte Erträge aus PV.

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Neigungswinkel: Saisonalität der Sonneneinstrahlung

Im Hinblick auf das Betriebsoptimum eines Solarmoduls besteht die ideale Neigung eines Solarmoduls bei einem Winkel von 90 Grad zwischen Solarmodulfläche und Sonneneinstrahlung. Demnach bedarf es keiner Neigung der Solarmodule, wenn die Sonne senkrecht (im Zenit) über der Photovoltaikanlage steht.

Die geografische Lage Deutschlands bringt eine starke Saisonalität in der Sonneneinstrahlung mit sich. Während die Mittagssonne um den Tag der Sommersonnenwende (21. Juni) am nördlichen Wendekreis (23 Grad 26′ 04″ nördlicher Breite) im Zenit steht, steht sie zur Wintersonnenwende zum 21. oder 22. Dezember am südlichen Wendekreis (23 Grad 26′ 5″ südlicher Breite) im Zenit.

Das bedeutet für uns in Europa, dass sich der Einstrahlungswinkel der Mittagssonne zum Boden bis zum 21. Juni vergrößert und bis zum 21. oder 22. Dezember verringert. Dabei ist in Europa der Winkel zwischen Sonneneinstrahlung und Boden nie 90 Grad.

Damit trotz des Verlaufs des Sonnenstands ein optimaler Einstrahlungswinkel erreicht werden kann, erhält eine Solaranlage einen Neigungswinkel. Die Saisonalität bringt ebenso eine tägliche Veränderung des idealen Neigungswinkels mit sich.

Der optimale Neigungswinkel

Durch die Saisonalität in der Sonneneinstrahlung verändert sich die ideale Neigung täglich. Auf einem PV-Informationsstand in der Mainzer Fußgängerzone soll am 21. Juni, dem Tag, an dem die Sonne mittags am nördlichen Wendekreis bei rund 23 Grad senkrecht steht, der ideale Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage präsentiert werden. In der Mainzer Innenstadt verläuft der 50. Breitengrad. Wenn die Sonne also mittags über dem 23. Grad nördliche Breite senkrecht (90 Grad) steht, muss die Neigung des Testsolarmoduls in der Mainzer Innenstadt 27 Grad betragen. Das ermittelte Optimum gilt dann für den 21.06. eines jeden Jahres.

Die Befestigung von Solarmodulen ist zumeist fest in einer Position (Ausnahme: Nachführsysteme). Demnach ist die Fläche der Solarmodule das ganze Jahr über einer sich verändernden Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Die Ermittlung des idealen Neigungswinkels der Solaranlage ist Teil der Planung im Vorfeld. Ideal bedeutet hier, dass der standortbedingte maximale Jahresertrag aus der Photovoltaikanlage erreicht werden soll. Es wird der Aufstellwinkel gewählt, der im Jahresdurchschnitt der optimalen Modulneigung am nächsten kommt.

Die angestrebte Dachneigung für PV-Anlagen in Deutschland liegt im Durchschnitt bei 30 bis 35 Grad, sofern das Dach ein Azimut von maximal ± 40 (Süd-Ausrichtung) beträgt. Sind Solarmodule in Richtung Westen, Osten oder Norden ausgerichtet, beträgt also der Azimut mehr als ± 40 Grad, sollte die Neigung im Verhältnis zur Süd-Abweichung sukzessive sinken.

Je näher sich eine Photovoltaikanlage am Äquator befindet, desto geringer ist der erforderliche Neigungswinkel. Es stehen unterschiedliche Befestigungsarten zur Auswahl. Die gängigsten Varianten zuzüglich der typischen Neigungswinkel sind Folgende:

  • Flachdach: 0 Grad
  • Flachdach (mit Aufständerung): 15 Grad
  • Steildach: 45 Grad
  • „Normales“ Dach: 35 Grad
  • Hauswand/ Balkon: 90 Grad

Verschmutzung im Vorfeld minimieren

Der Neigungswinkel der PV-Modulfläche bestimmt die Anfälligkeit für Verschmutzung und Schneelast im Winter. Ab einem Neigungswinkel von rund 12 Grad übernimmt der Abfluss von Regen die ausreichende Reinigung. Der Schmutz fließt einfach mit dem nächsten Niederschlag ab.

Im Winter muss die Schneelast für ein Dach beachtet werden. Bei geringen Neigungswinkeln kann die Last zu groß werden. Zusätzliche Aufständerungen ermöglichen steilere Neigungswinkel am Dach. In schneereichen Regionen gilt es dies für Dächer unter 30 Grad Neigung zu berücksichtigen.

Beispielrechnung: PV-Anlagen Ausrichtung

Für eine kleine Fabrikhalle in Mainz soll eine Photovoltaikanlage geplant werden. Bevor das Unternehmen sich für die Ausrichtung und das bestimmende Montagesystem für die Neigung der PV-Anlage entscheidet, analysieren die Beteiligten das Verhältnis von Ausrichtung und Neigungswinkel. Die globale horizontale Einstrahlung der Sonne beträgt für den Standort 1132,3 kWh pro m2. Es soll eine 8 kWp Solaranlage installiert werden.

Die folgende Abbildung veranschaulicht die prozentualen Ertragsabweichungen von der optimalen Ausrichtung und dem idealen Neigungswinkel der Anlage. Die umrahmten Kästchen zeigen die jeweils optimalen Neigungswinkel in Abhängigkeit der Ausrichtung.

PV-Ertrag (kWh pro Jahr) einer 8 kWp Anlage in Mainz in Abhängigkeit von Ausrichtung und Neigungswinkel. Das Optimum liegt bei Azimut 0° und 5°, jeweils bei 35° Neigung (Tabelle: energie-experten.org).
Ausrichtung der PV-Module Neigungswinkel                  
(± Azimut) 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40°  
7323 7619 7865 8068 8237 8356 8432 8466 8449  
7323 7619 7865 8068 8237 8356 8432 8466 8449  
10° 7323 7611 7856 8068 8229 8347 8423 8449 8432  
15° 7323 7611 7848 8051 8212 8330 8398 8432 8407  
20° 7323 7602 7839 8034 8186 8296 8364 8390 8373  
25° 7323 7594 7822 8009 8153 8263 8322 8347 8322  
30° 7323 7585 7797 7966 8110 8212 8263 8288 8254  
35° 7323 7568 7772 7932 8068 8144 8203 8212 8178  
40° 7323 7551 7738 7890 8000 8085 8127 8127 8085  
45° 7323 7535 7704 7839 7941 8009 8043 8034 7992  
50° 7323 7509 7662 7789 7873 7924 7949 7932 7890  
55° 7323 7492 7628 7729 7797 7839 7848 7822 7763  
60° 7323 7475 7585 7662 7712 7738 7729 7704 7678  
65° 7323 7450 7535 7594 7628 7636 7611 7568 7492  
70° 7323 7425 7484 7526 7535 7526 7484 7441 7348  
75° 7323 7399 7441 7450 7441 7416 7365 7289 7196  
80° 7323 7374 7391 7374 7340 7298 7230 7145 7035  
85° 7323 7340 7331 7331 7247 7171 7094 6993 6874  
90° 7323 7314 7281 7221 7145 7052 6950 6832 6705  
120 7323 7162 6967 6756 6527 6299 6062 5841 5621  
140 7323 7077 6798 6493 6180 5858 5545 5250 4952  
160 7323 7027 6680 6315 5935 5579 5223 4876 4538  
180 7323 7001 6637 6248 5858 5486 5122 4766 4411  
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PV-Ertrag optimieren: dynamische Befestigung

Neben statischen Befestigungen von PV-Modulen ermöglichen dynamische Befestigungen eine flexible Anpassung von Neigungswinkel und Ausrichtung. Nachführsysteme (auch Solar Tracker) sind für die vertikale und/oder horizontale Anpassung von Solarmodulen erhältlich.

Die vertikale Veränderung über eine Achse ermöglicht die Veränderung des Neigungswinkels. Die horizontale Veränderung ermöglicht die Anpassung der Ausrichtung. So können Tages- und Jahreszeit berücksichtig werden. Ein Nachführsystem erfordert mehr Platz. Es sind sowohl einachsige als auch zweiachsige Nachführsysteme am Markt verfügbar.

Betrachtet man die reine Stromerzeugung, bieten Nachführsysteme im Betrieb von Photovoltaikanlagen potenzielle Ertragssteigerungen. Inwiefern sich Mehrkosten lohnen und der zusätzliche Platz verfügbar ist, ist individuell zu prüfen.

Häufige Fragen (FAQ) zu Ausrichtung und Neigungswinkel

Was ist bei der Ausrichtung zu beachten?

Während ein Dach mit Südausrichtung maximale Erträge um die Mittagszeit ermöglicht, liefern Ost-West Ausrichtungen kontinuierliche Erträge über den Tag. Bei der Planung muss auf das individuelle Lastprofil eingegangen und das vorhandene Energiesystem berücksichtig werden.

Wie wirken Ausrichtung und Neigung auf den PV-Ertrag?

Für PV-Anlagen in Deutschland variieren die Erträge bei einer Abweichung von der optimalen Ausrichtung und Neigung der Solaranlage zwischen -13,5 Prozent bei 0 Grad Neigung und rund -48 Prozent bei 40 Grad Neigung und ± 180 Grad Azimut.

Wie ermittelt man den optimalen Neigungswinkel?

Der standortbedingte maximale Jahresertrag aus der Photovoltaikanlage wird erreicht, wenn ein Aufstellwinkel gewählt wird, der im Jahresdurchschnitt der optimalen Modulneigung am nächsten kommt.

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