PV-Anlage ausrichten: Experten-Tipps für optimale Ausrichtung

„Ab in den Süden!“, so lautet das Motto bei der Montage von Solarmodulen. Oder etwa nicht? Fest steht: Der Süden ist auf der Nordhalbkugel die ertragreichste Himmelsrichtung für die Sonnenstrom-Produktion. Doch welche Vorteile alternative Anlagendesigns bringen, was es mit dem sogenannten „Azimutwinkel“ auf sich hat und welche Rolle der Modul-Neigungswinkel für den PV-Ertrag spielt, das erfahren Sie hier.

Wer heute ein Haus baut, der plant die Solaranlage oft schon mit und fragt sich: Wie kann ich meine PV-Anlage ausrichten, um den Ertrag zu optimieren? Wie eingangs bereits erwähnt, bieten sich nach Süden orientierte Module an, um das Potenzial der Anlage voll auszuschöpfen. Wenn über den Vormittag hinweg die Sonne immer höher steigt, erreicht sie um die Mittagszeit im Süden ihre höchste Einstrahlungsintensität.

Oftmals können Hausbesitzer/-innen Vorkehrungen für die Montage treffen und auf dem Dach gegebenenfalls Platz für nach Süden gerichtete Solarmodule freihalten. Doch nicht jedes neu zu errichtende, und schon gar nicht jedes bestehende Gebäude kann über eine nach Süden ausgerichtete Dachfläche verfügen. Das muss es auch nicht.

Der Süden ist nicht die einzige Option

Welche Alternativen bleiben also bei Gebäuden, die vor mehreren Jahren oder Jahrzehnten errichtet wurden? Damals zog mitunter niemand die Möglichkeit in Betracht, dass sich Eigenheimbesitzer/-innen eines Tages die Kraft der Sonne für die Energieerzeugung zunutze machen könnten. Auch Bauvorschriften verhindern manchmal eine nach Süden ausgerichtete Dachfläche. Und selbst wenn eine solche vorhanden ist – Nachbargebäude und Bäume können das Dach teilweise oder gänzlich verschatten und damit den Ertrag deutlich mindern.

Nicht immer lassen Satteldächer eine Süd-Ausrichtung der PV-Module zu.

Darum sitzt auf vielen Gebäuden ein nach Osten und Westen ausgerichtetes Satteldach – die in weiten Teilen Europas vorherrschende Dachform. „Die Hausbesitzer müssen aber auf keinen Fall auf Photovoltaik verzichten“, erklärt Robert Reinbrech, Solarexperte bei Fronius International. „Auch wenn eine Ausrichtung in den exakten Süden den höchsten Ertrag liefert, sind die meisten anderen PV-Ausrichtungen wirtschaftlich ebenfalls sinnvoll.“

Die folgende Tabelle veranschaulicht dies:

Südwest oder Südost	Diese Anlagen generieren 95 % des Maximalertrags und damit nur 5 % weniger als Südanlagen.
Ost-Ausrichtung	Verglichen mit der Südausrichtung produziert eine PV-Anlage mit dieser Ausrichtung rund 20 % weniger Solarstrom.
West-Ausrichtung	Bei diesen Anlagen verhält es sich genauso wie mit den oben erwähnten Ost-Anlagen. Sie erzeugen rund 80 % des maximalen Ertrags. Der Unterschied ist, dass hier in der zweiten Tageshälfte mehr Strom entsteht als vormittags.
Kombination aus Ost- und West-Ausrichtung	Die Kombination von nach in den Osten und in den Westen orientierten Modulen – vielfach als Ost-West-Ausrichtung bezeichnet – führt ebenfalls zu einem Ertragsverlust von ungefähr 20 %. Die Einbußen sind besonders im Winter spürbar, wenn die Sonne später aufgeht und weiter im Süden steht.
Nord-Ausrichtung	Ist eine PV-Anlage auf der Nordseite sinnvoll? Auf der von der Sonne abgewandten Seite eines Daches lassen sich 30 bis 50 % weniger Sonnenstrom generieren als auf der Sonnenseite. Das macht PV-Systeme dieser Art in den in vielen Fällen unwirtschaftlich.

Mut zur Ost-West-Ausrichtung

Wie in der obigen Tabelle angeführt sind Ost-West-ausgerichtete Anlagen zwar mit Ertragseinbußen verbunden, doch sie bieten auch wesentliche Vorteile:

Während Solarmodule, die nach Süden blicken, um die Mittagszeit ihre Leistungsspitze erreichen und somit potenziell große PV-Überschüsse generieren, wartet eine Ost-West-Ausrichtung mit einer viel gleichmäßigeren Stromerzeugung von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang auf. Reinbrech ergänzt: „Auch wenn die Komponenten in dieser Konstellation selten oder nie ihr Leistungsmaximum erreichen, entlastet die kontinuierliche Versorgung mit Sonnenstrom Haushalte finanziell oft stärker als eine Süd-Anlage. Das gilt gerade für Haushalte ohne Batteriespeicher. Eine moderate Energiemenge steht kontinuierlich zum Eigenverbrauch zur Verfügung. Auch morgens und abends, wenn in vielen Familien der Energiebedarf seine Spitzen erreicht. Wenn beispielsweise Kaffee gebrüht und gekocht, oder die Waschmaschine beladen und gestartet wird, oder der Fernseher läuft.“

Die Leistungskurve einer Ost-West-Anlage ist flacher, aber viel breiter als bei einer Süd-Anlage.

Einen weiteren, technischen Vorzug sollten wir nicht übersehen: Laufen Module und Wechselrichter nicht unter Volllast, erreichen ihre Bauteile auch nicht kritisch hohe Temperaturen. Das schont die Komponenten und erhöht ihre Lebensdauer. Unter Umständen lohnt es sich sogar, einen Wechselrichter mit einer geringeren Leistung zu kaufen, um die Anschaffungskosten zu verringern.

Während Module und Wechselrichter bei der Süd-Ausrichtung an ihre Leistungsgrenze stoßen, arbeiten sie bei einer Ost-West-Ausrichtung länger, aber dafür nie unter Volllast.

Haben Sie schon mal vom Azimutwinkel gehört?

Ob es sich um eine Süd-, Ost- oder West-Anlage handelt, lässt sich ganz einfach am Azimut-Winkel ablesen. Wie? Dafür müssen Sie Folgendes wissen:

Der Azimutwinkel gibt die Abweichungen auf der Horizontalen an und kann auf einer Kugel wie der Erde maximal 180 Grad betragen. In Anwendungsgebieten wie der Kartographie und der Astronomie gibt er die Abweichungen vom geographischen Norden an. Bei PV-Anlagen hingegen beschreibt er die Abweichungen vom Süden.

Die Kombination aus Azimut- und Neigungswinkel entscheidet letzten Endes darüber, wie viel vom theoretischen Ertragsmaximum eine PV-Anlage erwirtschaften kann.

Konkret bedeutet das:
/ Der Azimutwinkel im exakten Süden beträgt 0 Grad – hier entsteht das Maximum an Solarstrom.
/ Ein Azimutwinkel von 90 Grad beschreibt eine Ausrichtung in den Westen, – 90 Grad wiederum in den Osten.
/ 45 Grad bedeutet eine Ausrichtung in den Südwesten, während – 45 Grad Azimutwinkel im Südosten zu verorten sind.
/ Eine Ausrichtung in den Norden entspricht einem Azimutwinkel von 180 Grad.

Der Azimutwinkel beträgt bei einer Ausrichtung in den Süden 0 Grad, ein Azimutwinkel von 90 Grad beschreibt die Ausrichtung in den Westen.

Optimaler Neigungswinkel – optimale Erträge

Kommen wir vom Azimut- zum Neigungswinkel. Schließlich sollten die Sonnenstrahlen nicht nur möglichst lange, sondern auch im rechten Winkel auf die PV-Module treffen. In Mitteleuropa bietet sich ein Neigungswinkel von rund 30 Grad an, um bestmöglich von der eigenen Sonnenstromproduktion zu profitieren.

Um die Solarstrom-Produktion zu maximieren, sollten die Sonnenstrahlen möglichst im rechten Winkel auf die Module treffen. Je nach Region sind unterschiedliche Neigungswinkel sinnvoll.

Aufmerksame Leserinnen und Leser könnten sich nun berechtigterweise fragen: Ändert sich der Einstrahlungswinkel nicht im Jahresverlauf? Immerhin steht die Sonne im Winter deutlich tiefer als im Sommer. „Diese Beobachtung ist vollkommen richtig. Im Winter wäre ein größerer Neigungswinkel von mehr als 60 Grad von Vorteil, um den maximalen Ertrag zu generieren. Der suboptimale Neigungswinkel verursacht in der kalten Jahreszeit einige Prozent Ertragseinbußen. In absoluten Zahlen, in kWh gemessen, hält sich dieser Verlust aufgrund der wenigen Sonnenstunden und der schwachen Bestrahlungsstärke in den Wintermonaten trotzdem in Grenzen“, beruhigt der Fronius Solarexperte.

Die Grafik veranschaulicht den Ertrag abhängig vom Neigungswinkel. Der blaue und der schwarze Punkt zeigen: Der ideale Neigungswinkel für West- und Ost-Anlagen liegt bei 10 Grad.

Was ist besser: Flach- oder Satteldach?

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten. Es kommt bei Satteldächern vor allem darauf an, wie steil sie sind. Fällt sein Neigungswinkel zufälligerweise in den optimalen Bereich für den jeweiligen Breitengrad, ist es die beste Option. Aber auch steilere Satteldächer lassen sich mit – übers Jahr gesehen – leichten Ertragseinbußen für PV-Anlagen nutzen und liefern im Winter sogar etwas mehr Sonnenstrom als Dächer mit geringerer Neigung. Ein zusätzlicher Vorteil: Je steiler der Neigungswinkel, desto schlechter kann Schmutz auf den Modulen haften bleiben. Das senkt den Wartungsaufwand und erhöht den Ertrag. Die Installation von Modulen auf Satteldächern ist unkompliziert und erfordert meist keine Aufständerungen.

Bei der Montage auf Satteldächern sind meist keine Aufständerungen nötig.

Für die Montage auf Flachdächern hingegen sind meist kostenaufwändige Aufständerungen nötig, um den Neigungswinkel und damit den PV-Ertrag zu erhöhen. Als beste Wahl haben sich flachere Aufständerungen mit 10 bis 15 Grad erwiesen. Dieser Neigungswinkel reduziert Verschattungen durch andere Module. Gleichzeitig reduziert sich dadurch die Angriffsfläche für den Wind. Der Vorteil von Flachdächern liegt in den flexiblen Ausrichtungsmöglichkeiten. Damit sind potenziell höhere Erträge möglich.

Eine Besonderheit der Ost-West-Anlage ist, dass sie auf flacheren Dächern bei einem Neigungswinkel von 10 bis 15 Grad besonders effizient funktioniert. Das liegt daran, dass die Module bei dieser Neigung mehr von der frühen Morgen- und der späten Abendsonne einfangen, die in einem flacheren Winkel auf die Erde trifft.

In diesem Beitrag haben wir uns ausschließlich auf Aufdach- und Indach-Anlagen konzentriert. Wie Sie von Fassadenanlagen sowie PV-Zäunen profitieren, erfahren Sie hier.

Die richtige Ausrichtung – Alles eine Frage der Perspektive

Sie sehen: Ist eine kontinuierliche Versorgung mit einer moderaten Sonnenstrommenge von morgens bis abends gewünscht, so bietet sich für die meisten Haushalte – vor allem für jene ohne Batteriespeicher – eine Ost-West-Ausrichtung an.

Wer hingegen das absolute Maximum an Kilowattstunden aus allen Komponenten der PV-Anlage herauskitzeln möchte, der ist mit einer Südausrichtung besser beraten. Vorausgesetzt, die baulichen Gegebenheiten lassen eine solche zu. Hier gilt es zu beachten, dass die größte Menge an Sonnenstrom rund um die Mittagszeit entsteht und der Ertrag dafür morgens und abends vernachlässigbar ist. Richtig profitieren von dem Plus an Sonnenstrom können Haushalte mit Batteriespeicher.

Geringe Abweichungen vom exakten Süden haben keine dramatischen Ertragseinbußen zur Folge. Lediglich die Ausrichtung in den Norden kann unwirtschaftlich sein.

Wohin die Solarmodule gerichtet sein sollen, hängt natürlich auch von der geografischen Lage der geplanten PV-Anlage ab. Auf der nördlichen Hemisphäre bietet eine Ausrichtung in den geografischen Süden maximale Ertragschancen für Solarstrom. Auf der südlichen Hemisphäre verhält es sich hingegen genau umgekehrt. Hier blicken die Module für die Maximierung des PV-Ertrags vorzugsweise nach Norden.

Der ideale Neigungswinkel variiert ebenso regional. In höheren Breiten sind höhere Neigungswinkel gewinnbringend, weil die Sonne „tiefer“ am Himmel steht. Je näher am Äquator sich ein Modul befindet, desto geringer sollte der Neigungswinkel sein.

Flach- und Satteldächer eignen sich gleichermaßen für PV-Anlagen. Während Satteldächer eine kostengünstigere Montage ermöglichen, erlaubt die flexible Anlagengestaltung auf Flachdächern potenziell höhere Erträge.

Eines ist gewiss: Eine PV-Anlage lässt sich mit der heutigen Solartechnologie auf beinahe jedem Haus wirtschaftlich umsetzen. Das Potenzial des eigenen Daches nicht auszuschöpfen, kommt Hausbesitzer/-innen langfristig teurer zu stehen als die einmalige Investition in eine Solaranlage.