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Leistung Solarmodule: Nennleistung (Watt peak) verstehen & umrechnen

  • Wie viel Leistung hat ein Solarmodul? Die Spitzen-Leistung eines Solarmoduls wird in Kilowatt peak (Abkürzung: kWp) bzw. Watt peak (Wp) angegeben und variiert je nach Typ und Größe des Moduls. Durchschnittlich haben heutige Solarmodule für den Privatgebrauch eine Leistung von 350 bis 450 Watt peak.
  • Was bedeutet Watt Peak? Die Angabe Watt Peak oder Wp ist die maximale Leistung eines Solarmoduls unter idealen Laborbedingungen. Angelehnt an die Maximalwerte anderer elektrischer Geräte, spricht man hier auch von der Nennleistung eines PV-Moduls.
  • Was heißt kWp? Auf Einfamilienhäusern übersteigt die Gesamtleistung einer PV-Anlage in der Regel die 1000 Watt, man spricht also häufig von mehreren kWp (Kilowatt Peak). 1 kWp entspricht dabei 1.000 Wp.
  • Solarmodul Leistung pro m2: Die Standard-Testbedingungen für Wp beinhalten eine Sonneneinstrahlung von 1000 Watt pro m2 bei einer Modultemperatur von 25 °C. Watt Peak wird verwendet, um die Leistungsfähigkeit von Solarzellen und -modulen zu bewerten und zu vergleichen.
  • kWp in kWh umrechnen: Überschlägig kann man in Deutschland pro 1 kWp einen Ertrag von rund 1.000 Kilowattstunden (kWh) im Jahr berechnen. Im Ergebnis heißt das: Eine Photovoltaik-Anlage mit 10 kWp Leistung würde im Jahr rund 10.000 kWh Strom erzeugen.
  • Modul Leistung berechnen Formel: Um die Leistung eines Solarmoduls zu berechnen, nutzen Sie die Formel Leistungsdichte = Gesamtleistung / Fläche. Bei einer Fläche von ungefähr 1,7 m2 und einer Gesamtleistung von 400 Watt Peak, ergibt sich eine Leistungsdichte von 235 Watt Peak oder 0,235 kWp pro m2.
  • PV Module Leistung 500 Watt: Solarmodule über 500 Watt sind mittlerweile von verschiedenen Herstellern entwickelt worden. Beispielsweise JA Solar 500 Watt, Jinko Solar 600 Watt und Tongwei 800 Watt. Diese Entwicklungen sind qualitativ umstrittene Seltenheiten und liegen deutlich über dem durchschnittlichen Modul-Höchstwert von 450 Watt.
  • Leistung bei Bewölkung: Die Sonneneinstrahlung wird durch Wolken stark gesenkt. Etwa 10 – 30 % des Ertrags sind bei bewölktem Himmel möglich. Moderne Module mit bifazialen Eigenschaften können den Prozentwert leicht erhöhen. Bei einem Modul mit 400 Watt Leistung bedeutet das bei 20 % Ertrag bei Bewölkung: Reduzierte Leistung = 400 Watt x 0,20 = 80 Watt.

Definition der Solarmodulleistung

Gemessen wird die elektrische Leistung von Solarmodulen typischerweise in Watt (W). Die von den Solarmodulen abgegebene elektrische Leistung wird dabei in Watt Peak (kWp) angegeben.

Watt Peak (Wp) ist der Wert, den ein Solarmodul unter idealen Einsatzbedingungen erreichen kann. Die Peakleistung ist somit die Spitzenleistung eines Solarmoduls. Sie wird unter definierten Testbedingungen (STC) ermittelt und schaffen so eine Vergleichbarkeit von verschiedenen Solarmdoulen.

Einige Hersteller bezeichnen die Peakleistung von Solaranlagen auch als Nennleistung und geben diese mit PNenn an. Trotz gleicher Peak-Leistung können Solarmodule im praktischen Einsatz aus unterschiedlichen Gründen differierende Leistungswerte aufweisen.

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Messung der Nennleistung

Die Messung der Leistungsfähigkeit von Solaranlagen erfolgt unter Standardbedingungen bzw. Testbedingungen (STC) denen folgende Parameter zugrunde liegen:

  • Eine Umgebungstemperatur für die Solarzellen von 25 Grad Celsius
  • Eine Sonneneinstrahlung bzw. Bestrahlungsstärke von 1000 Watt/m2
  • Ein Sonnenlichtspektrum gemäß AM* von 1,5

Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass höhere Einstrahlungen zu höheren Leistungswerten bei den Modulen führen, 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.

In konkreten Zahlen ausgedrückt: Erwärmt sich ein herkömmliches 330 W-Modul mit einem Temperaturkoeffizienten von -0,5% von 25 auf 26 Grad Celsius, reduziert sich die Leistung um 1,65 Watt. Bei einem Temperaturanstieg auf 60 Grad, sind es 57,75 Watt. Die Modulleistung liegt dann nur noch bei 272 Watt.

Abweichung von der Nennleistung

Der unter Testbedingungen ermittelte Wert Watt Peak wird in Mitteleuropa jedoch nur selten erreicht und zwar dann, wenn 1.000 Watt Lichtleistung auf einen Quadratmeter (m2) Modulfläche fällt. In unseren Breitengraden kommt dies beispielsweise nur an völlig klaren, nicht bewölkten Sommertagen um die Mittagszeit vor. Demzufolge lässt sich davon ausgehen, dass die erreichte Nennleistung der Solarmodule in der Regel geringer ausfällt und sie generell in den Sommermonaten höher ist als in den Wintermonaten.

Die Nennleistung bzw. der Wert Watt Peak ist daher weniger ein Maß zur Ermittlung der tatsächlichen Modulleistung und daraus folgend des Solarertrags einer PV-Anlage unter realen Bedingungen**. Vielmehr dient er als Richtwert zur Vergleichbarkeit der einzelnen Solarmodule und –anlagen untereinander. Nichtsdestotrotz gibt er Anhaltspunkte zur Orientierung für die Leistungsstärke der Solaranlagen.

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Modulleistung nach Aufstellungsort

Realistischer und genauere Anhaltspunkte zur Ermittlung der Leistung bzw. des Energieertrags der Solarmodule und der Wirtschaftlichkeit der Solar-Anlage ist der Aufstellungsort und der Breitengrad, in dem die Solaranlage installiert wird.

Über diese lässt sich die durchschnittliche Sonneneinstrahlung im Jahr ermitteln, d.h. die mittlere Bestrahlungsstärke. Zudem lässt sich mit Hilfe dieser Parameter einschätzen, wie die klimatischen Bedingungen vor Ort sind.

Sie geben Auskunft darüber, ob und wie häufig die Leistung annähernd den Testbedingungen der Solarmoduleüberhaupt erreicht werden können. An manchen Orten werden die künstlichen Testbedingungen häufiger erreicht als an anderen.

Es gibt jedoch auch Orte, an denen sie gar nicht vorkommen. Das bedeutet, die für die Solarmodule angegebenen Spitzenleistungswerte können an diesen Orten nicht erreicht werden.

Laut PVGIS-Daten kann in Süddeutschland beispielsweise von einer Jahresleistung von einer Kilowattstunde (kWh) pro genannter Wattzahl (Wp) der Nennleistung einer Photovoltaikanlage ausgegangen werden. Im Norden Deutschlands dürfte der Wert etwas darunter liegen, da hier die Sonnenstrahlung niedriger ist.

Dachneigung und Modulausrichtung

Neben dem Standort der Anlage hat auch die Ausrichtung des Daches als auch der Neigungswinkel der Solarmodule einen erheblichen Einfluss auf die Leistung der Module.

  • Die optimale Dachneigung beträgt immer 90° zum aktuellen Sonnenstand.
  • Der optimale Aufstellwinkel beträgt in Deutschland ca. 30° - 35°.

Bei einer nach Süden ausgerichteten Anlage kann der Winkel stark nach oben oder unten abweichen (+/- 30 Grad), die Auswirkungen auf die Leistung bleiben im einstelligen Prozentbereich. Je weiter die Dachfläche jedoch von der optimalen Ausrichtung Süden abweicht, desto mehr wirkt sich eine steile Montage negativ auf die Modul-Leistung aus, da sich das Dach zunehmend selbst verschattet. Je mehr die Anlage also nach Osten oder Westen abweicht, desto flacher sollte die Neigung der Module sein.

Leistungseinbußen durch Verschattung

Eine Verschattung von PV-Modulen kann sich extrem auf die Gesamtleistung der Anlage auswirken. Daher sollte während der Planung der ganzjährige Schattenverlauf ermittelt werden. Großflächiger Schatten von umliegenden Gebäuden, Bäumen oder sonstigen Verursachern sollten zumindest ganzjährig nicht vorhanden sein. Geringere Schattenbildung, z.B. durch einen Kamin oder eine Satellitenanlage kann, wenn dies nicht zu vermeiden ist, auch in die Planung mit einbezogen werden.

Denn in der Planungsphase können Leistungseinbußen maßgeblich durch die richtige Wahl der Module in Kombination mit den Wechselrichtern, sowie der richtigen Aufteilung der Module auf verschiedene Strings beeinflusst werden. Alternativ kann man aber auch auf das eine oder andere Modul verzichten, als durch die Anbringung dieser Module einen ganzen Modulstrang in der Leistung vermindern würde.

Leistungsunterschiede nach Modulart

Welche Leistung Solarmodule erbringen, wird natürlich auch durch die Art der Module selbst maßgeblich mitbestimmt. Einen Einfluss auf die Leistung üben dabei das Herstellungsverfahren und die verwendeten Trägermaterialien aus:

Leistung von kristallinen Modulen

Bei kristallinen Solarmodulen ist das Trägermaterial in der Regel Silizium. Monokristalline Solarzellen werden in einem Stück gefertigt, dadurch entsteht ein homogenes Kristallgitter. Polykristalline Solarzellen werden im Gießverfahren gefertigt und bestehen aus Scheiben, wodurch die Zellen nicht überall die gleiche Kristallordnung aufweisen.

An den Grenzen der Kristallkörner polykristalliner Zellen treten dann Ladungsträgerverluste auf, die die Stromabgabe verringern. Diese geringere Leistung wird jedoch häufig durch den Modulaufbau kompensiert, sodass in der Praxis keine größeren Leistungsunterschiede bestehen.

Leistung von Dünnschichtmodulen

Eine geringere Leistung als die kristallinen Solarmodule erbringen Dünnschichtmodule. Sie sind jedoch bislang von der Herstellung am günstigsten, haben allerdings neben einer geringeren Leistungsfähigkeit auch eine geringere Lebensdauer, da sie anfälliger gegenüber äußeren Umwelteinflüssen sind.

Leistungsdegradation von Solarmodulen

Die Leistung von Solarmodulen nimmt aber auch während der Nutzungsdauer aus unterschiedlichen Gründen ab. Dies nennt man auch die Leistungsdegradation von Solarmodulen, die allgemein durch Verschleiß und Alterung der verbauten Modulkomponenten bedingt ist.

Daneben unterscheidet man weitergehend die so genannten Anfangsdegradation oder auch lichtinduzierten Degradation (LID) und die potenzialinduzierte Degradation (PID). Die LID beschreibt dabei einen Leistungsabfall von Solarmodulen während der ersten Tage unter Sonneneinstrahlung. Die PID kommt verstärkt bei großen Photovoltaik-Anlagen mit hoher negativer anliegender Systemspannung, die bei trafolosen Wechselrichtern entstehen, vor.

* Mit AM ist die Luftmasse gemeint. Sie ist in der Astronomie ein relatives Maß für die Länge des Weges, den das Licht eines Himmelskörpers durch die Erdatmosphäre bis zum Erdboden zurücklegt. Der Lichtweg beeinflusst die Streuung und Absorbtion des Lichts wie auch seine spektrale Zusammensetzung (vgl. de.wikipedia.org/wiki/Luftmassse)

** Um die Leistung eines Moduls unter realen Bedingungen zu messen, wird vielfach die Performance Ratio genutzt. Die Performance Ratio gibt an, wie viel Prozent der auftreffenden Solarenergie ein Modul unter Berücksichtigung seines Modul-Wirkungsgrades in Strom verwandelt. Das theoretische Maximum von 100 Prozent wird erreicht, wenn das Modul unter allen Einstrahlungsbedingungen denselben Wirkungsgrad hat wie unter Standardtestbedingungen (STC).

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