Photovoltaik: Ertrag verstehen, einfach berechnen & mit Kennzahlen vergleichen

• PV-Ertrag verstehen: Wer eine Photovoltaik-Anlage plant, wird zunächst den Ertrag ermitteln wollen. Unter dem Solar- oder PV-Ertrag versteht man die Menge an Strom, die über einen gewissen Zeitraum von einer Photovoltaikanlage durch die Solarmodule erzeugt wird.
• Was ist ein guter PV-Ertrag? Der Ertrag einerPV-Anlage in Deutschland ist in hohem Maße von den eingesetzten Modulen, dem Standort, von der Ausrichtung und der Neigung abhängig. Die besten Erträge erzielen unverschattete, nach Süden ausgerichtete Anlagen mit einer Neigung von 30 Grad.
• PV-Ertrag pro kW_p: Eine Solaranlage erzeugt pro 1 kW_p einen Ertrag von rund 800 und 1000 kWh Strom pro Jahr, je nach den örtlichen Gegebenheiten und der Effizienz der Anlage. Unter optimalen Bedingungen sind Erträge von bis zu 1.200 kWh pro kW_p möglich.
• Wie berechnet man den Ertrag einer PV-Anlage? Zur Berechnung des besten Solar-Ertrags benötigt man Angaben zur am Anlagen-Standort zu erwartenden Solarstrahlung, zur Modul- und Anlagen-Technik, zur PV-Leistung in kW_p, zur Ausrichtung und Neigung.
• PV-Ertrag Tabelle: Bei der Einschätzung des möglichen Ertrags helfen Tabellen für den PV-Ertrag je nach Standort und Solar-Winkel. Üblicherweise gibt es den PV-Ertrag Jahresverlauf mit der Sonneneinstrahlung pro Monat zu sehen.
• Online Apps & Ertragsrechner: Um den Ertrag online zu berechnen, gibt es verschiedene Apps und Rechner. Sehr hilfreich ist unser Online-Solar-Ertragsrechner (siehe weiter unten), der Ihnen auf Basis von PV GIS den genauen Ertrag an Ihrem Standort berechnet.

Wer eine Photovoltaik-Anlage plant, wird zunächst den Ertrag ermitteln wollen. Dieser ist nicht nur vom Wirkungsgrad der Module, sondern in hohem Maße auch von den Aufstellungsbedingungen der Anlage und ihrer elektrotechnischen Regelung abhängig. Rechnerisch wird der Solarstromertrag daher von der Anlagenart (Modulart), Anlagengröße in Quadratmetern, Standort und Ausrichtung der Anlage gen Sonne sowie der damit einhergehenden Verschattung bestimmt.

Die Menge an PV-Strom, die die Solaranlage erzeugt, bezeichnet man als ihren Stromertrag (kurz: PV-Ertrag). In der Regel wird der Photovoltaikertrag der Anlage pro Jahr und in der Einheit Kilowattstunden (kWh) angegeben.

Grundsätzlich ist der Ertrag einer Solaranlage von der solaren Strahlung (Sonnenschein) abhängig. Die Sonnenscheindauer gibt Anhaltspunkte, wie "sonnig" ein Anlagenstandort ist. Die Anzahl der Sonnenstunden in Deutschland beträgt jährlich je nach Standort rund 1.300 bis 1.900 Stunden.

Die Sonnenscheindauer dient der näherungsweisen Abschätzung der Einstrahlung an einem bestimmten Ort. Letztlich ist der solare Ertrag einer Photovoltaik-Anlage aber nicht von den Sonnenstunden, sondern davon abhängig, wieviel Sonnenenergie auf die Anlage scheint.

Die auf die Anlage einwirkende Solarenergiestrahlung bezeichnet man als Globalstrahlung, die sowohl die direkte als auch die indirekte Sonneneinstrahlung umfasst, und wird in Wh/m² bzw. kWh/m² gemessen.

Die Jahressumme der Globalstrahlung liegt in Deutschland zwischen 900 und 1.200 kWh/m² und Jahr. Im Sommer ist rund fünf Mal mehr Solarenergie und damit Ertrag als im Winter zu erwarten.

Die Nennleistung eines Solarmoduls wird in Kilowatt peak (kW_p) angegeben. p steht für Peak (englisch = Spitze") und benennt den Spitzenwert unter Standardbedingungen (Solarstrahlung: 1.000 W/m², Modultemperatur: 25 °C, Airmass (Luftmasse): 1,5). Da diese Bedingungen in der alltäglichen Praxis quasi nie gleichzeitig vorliegen, kann bei einer realistischen Berechnung des Ertrages einer Photovoltaikanlage auch nie der kW_p-Wert zu 100% angenommen werden. Hierzu werden verschiedene Korrekturwerte angesetzt.

Um die Erträge unterschiedlich großer PV-Anlagen miteinander vergleichen zu können, wird die produzierte Energiemenge in kWh in Bezug zu der installierten Leistung (kWp) gesetzt.

* Unter https://www.pv-ertraege.de/pvdaten/sfvpv_bundes_uebersichten.html können Sie ganz einfach über die Eingabe Ihrer PLZ die aktuellen Solarerträge in Ihrem PLZ-Bereich abfragen.

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Der Ertrag einer PV-Anlage ist von vielen Faktoren abhängig. Hierzu zählen vor Allem die Aufstellungsbedingungen am Standort, die die Intensität und Dauer der auf die Module treffenden Solarstrahlung bedingen, und die elektrotechnische Anlagenkonfiguration, die hauptsächlich für die Anbindung und Wandlung des Stroms in Wechselstrom verantwortlich zeichnet.

Ein optimal ausgerichtetes Dach bedeutet, dass die Photovoltaik-Anlage so Richtung Sonne zeigt, dass sie ein Maximum an Sonneneinstrahlung ernten kann. Für Standorte in Deutschland heißt das, dass die Solarmodule möglichst gen Süden zeigen. Wozu geschrieben werden muss, dass leichte Richtungsverschiebungen nach Osten oder Westen den Photovoltaik-Ertrag nicht wesentlich mindern, wenn die Sonne aus dem Südstand noch immer auf die Module trifft.

Wer auf Eigenverbrauch setzt, der kann auch von einer zeitlichen Ertragsdifferenzierung profitieren: Während ein Süddach typsicherweise zur Mittagszeit Maximalerträge produziert, die man häufig nicht direkt verbrauchen kann und auch der Speicher vielfach schon geladen ist, resultieren Anlagen auf West- oder Ostdächer darin, dass sie auch morgens und abends Strom produzieren und das Stromangebot somit entzerren. Der geringere Gesamtertrag wird dann durch den höheren Eigenverbrauchsanteil finanziell aufgewogen.

Von ebensolcher Bedeutung für den Photovoltaik-Ertrag ist auch der Winkel, in dem die Sonnenstrahlen auf die Solarmodule fallen. Es gilt: Je steiler der Einfallswinkel ist, desto besser ist auch der Photovoltaik-Ertrag. Demnach ist ein Einfallswinkel von 90 Grad optimal.

Der Einfallswinkel wird maßgeblich von der Dachneigung beeinflusst. Ihren Neigungswinkel gibt sie als Schrägwinkel an die Solarmodule weiter. Hier gilt für deutsche Standorte: Optimal ist ein um 30 Grad (im südlichen Landesteil 32 Grad, im nördlichen Landesteil 37 Grad) geneigtes Dach, das einen optimalen Sonnenlichteinfallswinkel garantiert.

Doch auch bei abweichenden Winkeln, zwischen 20 und 60 Grad bleiben die Einbußen am Photovoltaik-Ertrag hinnehmbar. Und selbst Flachdächer sind für eine Photovoltaik-Anlage gute Standorte, wenn man die Module dort im passenden Winkel aufständert.

Wer den Ertrag durch die Aufstellung weiter optimieren möchte, der kann auf sogenannte Nachführsysteme (sog. Solar-Tracker) setzen, die die Module ein- oder mehrachsig dem Sonnenstand nachführen.

Die sogenannte Verschattung gilt als geländeabhängiger Faktor. Es gilt, so viel Sonnenstrahlen wie möglich ungehindert auf die Solarmodule einfallen zu lassen, um einen möglichst großen Photovoltaik-Ertrag zu erwirtschaften. Verschattungen, wie sie von höheren Gebäudeteilen desselben Gebäudes oder Nachbargebäuden, Bäumen und hohen Büschen verursacht werden, mindern die Sonneneinstrahlungsmenge und damit den Photovoltaik-Ertrag.

Spezielle Leistungsoptimiereroptimieren und überwachen den Energieertrag jedes einzelnen Moduls. Dadurch verhindern sie, dass verschattete Module die Leistung nicht verschatteter Module beeinflussen und so den Gesamtertrag der PV-Anlage reduzieren. Mit modulgenauem Monitoring und zusätzlichen Sicherheitsfunktionen können auch mögliche Brandrisiken reduziert werden.

Für den Ertrag der Solarmodule sind viele elektrotechnische Faktoren ausschlaggebend. Wichtigste Kennzahl ist hier der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls wird aus dem Verhältnis von Leistung pro Modul-/Zellfläche ermittelt. In der Praxis geben Hersteller den Solarmodul-Wirkungsgrad in ihren technischen Datenblättern nach STC oder NOCT an. Dies sind Labor-Tests von Solarmodulen. Einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad des Moduls ist der Wirkungsgrad der im Modul eingesetzten Solarzelle.

In der Praxis ist hinsichtlich des PV-Ertrags einer kleinen bis mittelgroßen Photovoltaikanlage weniger bedeutend, welche Art Solarmodule man auswählt. Hier kommt es eher auf den Gesamtpreis der Anlage, der Qualität der Komponenten wie z. B. dem Wechselrichter und der Planung und Montage der Gesamtanlage durch einen PV-Fachmann an, um langfristig einen hohen Solarertrag zu erzielen.

Auch beim Wechselrichter ist der Wirkungsgrad ertragsentscheidend. Hierunter versteht man meistens den Umwandlungswirkungsgrad, der angibt, wie effektiv der Wechselrichter den angebotenen Gleichstrom in Wechselstrom wandelt. Der Wandlungsverlust und damit der Umwandlungswirkungsgrad ist nicht konstant sondern hängt hauptsächlich von der aktuellen Leistung und der Spannung des Solarmoduls ab.

Um diesbezüglich den Wirkungsgrad zu erhöhen, werden sogenannte MPP-Tracker eingesetzt. Ihr Einfluss auf den Photovoltaik-Ertrag wird durch den Anpassungswirkungsgrad erklärt. Der Anpassungswirkungsgrad beschreibt die Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit des MPP-Trackings unter wechselnden Einstrahlungsbedingungen, den jeweils optimalen Arbeitspunkt des PV-Generators (MPP) zu finden und einzustellen.

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Zur Berechnung des Photovoltaik-Ertrags müssen Sie

• die Globalstrahlungssumme,
• den idealen und
• den praktisch möglichen Photovoltaik-Ertrag ermitteln.

Die Globalstrahlung lässt sich von unterschiedlichen, regionalen Karten, sogenannten Solaratlanten, ablesen, die Sie beispielsweise im Internet finden. Als Nächstes müssen Sie die am Standort ihrer Photovoltaik-Anlage verfügbare Globalstrahlung auf die Anlage mit ihrer Spezifik (Ausrichtung und Neigung) umrechnen. Dabei hilft der sogenannte Flächenfaktor.

Am Beispiel einer Photovoltaikanlage in Düsseldorf rechnen wir das einmal durch.

Die Beispiel-Anlage hat 26 Module à 245 W_p, eine Gesamtleistung von ~ 6,4 kW_p und ist auf einem Dach mit 40 Grad Dachneigung gen Südosten gerichtet.

Die Globalstrahlungssumme (E_GL) beträgt etwa 990 KWh/m², der Flächenfaktor f 111 Prozent. Damit ergibt sich der ideale Ertrag I_Jahr am Solargenerator so:

I_Jahr = E_GL x f

990 x 1,11 = 1.099 kWh/m²/ Jahr

Um den idealen bzw. theoretisch möglichen Photovoltaik-Ertrag I_th (theoretischer Gleichstromertrag) für die gesamte Anlage zu berechnen, wird das Produkt aus der Anlagennennleistung unter Standard-Testbedingungen P_STC und der tatsächlichen Jahreseinstrahlung auf die Generatorfläche I_Jahr durch die STC-Einstrahlung I_STC geteilt:

I_th = P_STC x I_Jahr / I_STC

6,4 kW x 1.099 kWh/m² / 1 kW/m² = 7.033 kWh/ Jahr

Den praktisch möglichen Photovoltaik-Ertrag bestimmen Sie über die sogenannte Performance Ratio (PR). Das ist eine Qualitätskennzahl, die sämtliche Verluste einer PV-Anlage berücksichtigt. Gute Anlagen kommen auf PR-Werte zwischen 0,75 und 0,85, was bedeutet, dass von der theoretisch möglichen Solarstrommenge an ihrem Standort 75 bis 85 Prozent tatsächlich geerntet werden.

Für die im Beispiel angenommene PV-Anlage in Düsseldorf ergibt sich aus dem idealen Ertrag (I_th) von 7.033 kWh/a bei einer Performance Ratio von 0,76 ein möglicher Solarertrag I_pr von:

I_pr = I_th x PR

7.033 x 0,76 = 5.345 kWh/ Jahr

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Der Photovoltaik-Ertrag ist ein wesentlicher Faktor für die Rentabilität einer Investition in eine Photovoltaik-Anlage. Als monetäre Kenngröße wird der physische Stromertrag mit der Vergütung (eingesparter Haushaltsstrompreis und/ oder Einspeisevergütung) multipliziert.

Dem Ertrag gegenüber stehen die Anschaffungskosten, gegebenenfalls Finanzierungskosten, sowie die Kosten für Betrieb und Wartung der Anlage. Die Rentabilität einer PV-Anlage ist gegeben, wenn über alle Betriebsjahre gerechnet der Ertrag höher ist als die Kosten. Es gilt:

Σ PV-Ertrag x Vergütung ≥ Gesamtkosten

Mit unserem Online-Rechner können Sie in wenigen Schritten den individuellen Ertrag einer Photovoltaik-Anlage auf Ihrem Dach und die Rentabilität dieser Anlage berechnen.

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