PV-Anlage: Leistung und Ertrag berechnen und optimieren
Wann arbeitet eine Photovoltaikanlage eigentlich wirtschaftlich? Welchen Ertrag und welche Leistung bringt sie? Und welche Anlagengröße ist erforderlich, um einen bestimmten Ertrag zu erreichen? In diesem Beitrag beschäftigen wir uns näher mit der Bedeutung der Maßeinheiten Kilowattstunde und Kilowatt-Peak, den Einflussfaktoren auf den Ertrag Ihrer Photovoltaikanlage und der benötigten PV-Anlagen-Leistung für Ihr Zuhause.
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Kennzahlen rund um Ihre PV-Anlage: Leistung & Ertrag
Wenn wir über den Ertrag und die Leistung einer PV-Anlage sprechen, tauchen zwei Begriffe immer wieder auf: die Kilowattstunde und das Kilowatt-Peak.
Kilowatt-Peak (kWp) – das Maß für die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage
Die Leistung elektrischer Anlagen wird im Regelfall in Watt (W) gemessen. 1.000 Watt werden als 1 Kilowatt (kW) zusammengefasst. Das „p“ in der Abkürzung kWp steht für „Peak“. Der Zusatz zeigt an, dass der Wert unter Laborbedingungen ermittelt wurde. Denn da im Freien nicht immer derselbe Sonneneinstrahlungswinkel und die gleiche Temperatur vorherrschen, variiert auch die Leistung eines Photovoltaikmoduls ständig. Für uns ist wichtig: kWp gibt die Leistung Ihrer Photovoltaikanlage an und wird auch als Nennleistung bezeichnet.
Kilowattstunde (kWh) – das Maß für den Ertrag Ihrer Photovoltaikanlage
Eine Kilowattstunde gibt die Energie an, die ein Photovoltaikmodul mit einer Leistung von einem Kilowatt pro Stunde erzeugt. Es ist die Kennzahl für die Messung des Stromertrags Ihrer Photovoltaikanlage.
Die Einheit Kilowattstunde ist für Laien oft etwas schwierig nachzuvollziehen. Daher zum Vergleich einige Beispiele, was Sie mit einer Kilowattstunde Strom anstellen können:
- etwa 7 Kilometer mit Ihrem E-Auto fahren
- 10 Stunden fernsehen
- 50 Stunden lang eine Energiesparlampe leuchten lassen
- einen Hefekuchen backen
STC – die Standardtestbedingungen für Photovoltaikmodule
In Zusammenhang mit den kWp einer Photovoltaikanlage kommen auch häufig die STC (Standard Test Conditions), die Standardtestbedingungen, zur Sprache. Dabei handelt es sich um standardisierte Bedingungen (Sonneneinstrahlung von 1.000 Watt/m², Luftmasse 1,5, Zelltemperatur 25°C), unter denen die Leistung von PV-Anlagen gemessen wird. Heraus kommt die Leistung in kWp, mit denen sich die Leistung der PV-Module verschiedener Hersteller vergleichen lässt. Das stellt sicher, dass zwei Module mit derselben Wattzahl auch dieselbe Leistung erbringen. Ohne diese Standardbedingungen könnte sich jeder Hersteller das Optimum für seine Module auswählen und so die angegebenen Werte beschönigen.
Heute greift man alternativ auch oft auf die NOCT (Normal Operating Cell Temperature) zurück. Sie funktioniert ähnlich wie die STC, nimmt allerdings realistischere Bedingungen an. Liegt nämlich eine Sonneneinstrahlung von 1.000 W/m² vor, ist eine Modultemperatur von 25°C schlichtweg unrealistisch. Das Photovoltaikmodul würde sich viel stärker aufheizen. Deshalb gehen die NOCT abweichend von einer Modultemperatur von 45°C und einer Sonneneinstrahlung von 800 W/m² aus.
Wichtig: Sehen Sie die angegebenen kWp einer Photovoltaikanlage stets nur als Richtwert an. Unter tatsächlichen Bedingungen können ganz andere Werte herauskommen. Die wichtigsten Einflussfaktoren sehen wir uns gleich noch genauer an.
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Faktoren, die den Ertrag einer Photovoltaikanlage beeinflussen
Auch wenn die theoretische Leistung einer Photovoltaikanlage bekannt ist, kann der PV-Ertrag pro kWp deutlich vom Produktdatenblatt abweichen. Grund dafür ist, dass die Intensität der Sonneneinstrahlung die wesentliche Rolle bei der Erzeugung von Strom spielt – und die lässt sich bekanntermaßen nicht planen. Es gibt daher mehrere Faktoren, die den Jahresertrag Ihrer PV-Anlage beeinflussen.
Faktor #1: die Ausrichtung der Module
In unseren Breiten ist die Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit am höchsten. Deshalb ist eine Südausrichtung der Photovoltaikmodule empfehlenswert, weil sie hier die höchsten Erträge liefern können. Auch eine gut geplante Ost-West-Anlage, bei der die zwei Seiten eines Dachs genutzt werden, kann jedoch einen guten Jahresertrag erreichen. Anders als bei der Südausrichtung gibt es hier zwei Tageszeiten, zu denen maximale Erträge erzielt werden können, nämlich anstelle der Mittagszeit morgens und abends.
Faktor #2: die Neigung der PV-Module
Die Dachneigung – und damit auch die Neigung der Solarmodule – ist ausschlaggebend dafür, in welchem Winkel die Sonneneinstrahlung auf die Oberfläche trifft. Perfekt wäre ein Winkel von 90°. Diesen erreichen Sie in Deutschland am ehesten mit einer Südausrichtung bei einem Neigungswinkel von 30 bis 45° zur Mittagszeit. Betreiben Sie Ihre PV-Anlage mit Ost-West-Ausrichtung, ist ein flacherer Neigungswinkel empfehlenswert, weil die Sonne morgens und abends tiefer steht und somit in einem anderen Winkel auf die PV-Module trifft.
Es ist nicht möglich, das Optimum bei der Dachneigung immer zu treffen, weil der Sonnenstand nicht nur im Tagesverlauf, sondern auch im Verlauf der Jahreszeiten variiert. Entsprechend orientiert man sich an Durchschnittswerten, die eine möglichst gute Ausnutzung des Winkels erlauben.
Kostenloses Angebot für PV einholen!Faktor #3: der Wirkungsgrad der PV-Module
Es spielt eine Rolle, welche Art von Solarmodul Sie anschaffen. Monokristalline Module weisen einen höheren Wirkungsgrad auf als polykristalline Module. Hinzu kommt, dass es auch im direkten Vergleich der PV-Module unterschiedlicher Hersteller Abweichungen gibt. Es lohnt sich also, in hochwertige Photovoltaikmodule zu investieren, die einen höheren Wirkungsgrad ermöglichen.
Faktor #4: die Elektroinstallation
Sehr lange Verkabelungen oder ein geringer Leitungsquerschnitt können einen Verlust von Leistung Ihrer PV-Anlage bedeuten. Auch der Wechselrichter spielt eine Rolle, denn dessen Wirkungsgrad liegt bei 95 bis 98 Prozent. Leistungsverluste von 2 bis 5 Prozent sind an der Tagesordnung. Achten Sie also auf eine fachmännische Elektroinstallation mit kurzen Wegen und einen Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad.
Faktor #5: Verschattungen
Sind Teile der Photovoltaikanlage dauerhaft verschattet, etwa durch einen Schornstein oder einen Baum, wirkt sich das negativ auf den Ertrag Ihrer Photovoltaikanlage aus. Die schlechtere Leistung eines einzelnen Moduls kann sich auf den Ertrag der gesamten Jahresertrag der PV-Anlage auswirken. Mit PV-Optimierern können Sie dieses Problem zumindest teilweise beheben.
Faktor #6: die Jahreszeit
Am höchsten ist die sogenannte Globalstrahlung im Sommer, also die Menge an direkter und gestreuter Sonneneinstrahlung, die auf die PV-Module trifft. Im Winter ist sie deutlich geringer. Dafür gibt es mehrere Gründe:
- weniger intensive Sonneneinstrahlung
- kürzere Tage (= weniger Sonnenstunden)
- schlechteres Wetter (bewölkt, Schnee/Regen)
- Bedeckung der PV-Anlage mit Schnee
Als Faustformel geht man davon aus, dass rund 70 Prozent des PV-Ertrags in Deutschland im Sommer generiert wird. Auch im Hochsommer ist die Leistung einer PV-Anlage übrigens nicht optimal – je heißer die Temperaturen werden, desto stärker heizen sich die Photovoltaikmodule auf. Mit jedem Grad mehr sinkt die Leistung der PV-Anlage um 0,3 bis 0,4 Prozent. In Deutschland ist der PV-Ertrag deshalb im Regelfall von Mai bis Juli am höchsten, wenn die Tage lang, aber noch nicht ganz so heiß wie im Hochsommer sind.
Faktor #7: der Standort
Die Globalstrahlung ist nicht überall in Deutschland gleich. Je südlicher Sie wohnen, desto mehr Sonneneinstrahlung bekommt Ihre PV-Anlage ab und desto mehr PV-Ertrag pro kWp kann sie erwirtschaften. Im Süden Bayerns dürfen Sie mit einer Globalstrahlung von 1.200 kWh/m² rechnen, in Berlin beträgt sie 1.010 kWh/m².
Unabhängig von der regional variierenden Globalstrahlung lässt sich aber festhalten: Überall in Deutschland lohnt sich eine Photovoltaikanlage. Lediglich die Erträge unterscheiden sich ein wenig.
Leistung einer PV-Anlage berechnen: kWp in kWh
In Deutschland entspricht ein kWp etwa 1.000 kWh im Jahr. Daraus resultiert: Eine Photovoltaikanlage mit 10 kWp erwirtschaftet im Jahr durchschnittlich einen Ertrag von 10.000 kWh. Die genaue Höhe des PV-Ertrags pro kWp schwankt allerdings je nach Standort – wiederum in Abhängigkeit von der regionalen Globalstrahlung. Um die Nennleistung Ihrer kompletten PV-Anlage zu berechnen, multiplizieren Sie die Nennleistung in kWp pro Modul mit der Anzahl der Solarmodule. Montieren Sie beispielsweise 25 Solarmodule mit einer Leistung von jeweils 350 Watt-Peak, beträgt die Gesamtleistung 25 x 400 Watt-Peak = 10.000 Watt-Peak, also 10 kWp.
Die richtige Leistung Ihrer PV-Anlage berechnen
Viele Eigenheimbesitzer fragen sich, welche Anlagengröße für ihre Immobilie passend ist. Dies hängt von Ihrem individuellen Stromverbrauch und der angestrebten Eigenverbrauchsquote ab. Dies verdeutlich das folgende Beispiel.
Ein Vier-Personen-Haushalt verbraucht durchschnittlich 4.000 kWh Strom pro Jahr. Um diesen Strombedarf zu decken, benötigt er rechnerisch eine PV-Anlage mit 4 kWp Photovoltaik-Leistung. Weist ein Solarmodul eine Leistung von 400 Watt-Peak auf, muss der Haushalt zehn Solarmodule montieren. Diese haben durchschnittlich eine Größe von 1,7 m². Es wäre also eine Dachfläche von 17 m² zu belegen, um 4.000 kWh Strom zu erzeugen.
In dieser Rechnung ist allerdings noch nicht berücksichtigt, dass Sie nicht den gesamten erzeugten Strom nutzen können, wenn er entsteht. Die meisten Verbraucher sind tagsüber in der Arbeit und benötigen morgens und abends mehr Strom, wenn die Ausbeute der Photovoltaikanlage geringer ist. Nutzen Sie keinen Stromspeicher, müssen Sie daher einen nicht unwesentlichen Teil des Stroms einspeisen. Um eine hohe Eigenverbrauchsquote zu erzielen, müssten Sie nicht nur die PV-Anlage größer auslegen, sondern auch einen Batteriespeicher einsetzen, der die mittags erzeugte Energie zwischenspeichert.
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Fazit: richtige Auslegung der Leistung der PV-Anlage ist entscheidend
Sie sehen: Die korrekte Leistung einer PV-Anlage zu berechnen, ist auf dem Papier recht einfach. Praktisch sind aber doch ziemlich viele Faktoren zu berücksichtigen, die den Jahresertrag Ihrer PV-Anlage beeinflussen. Eine hohe Eigenverbrauchsquote zu erzielen, erfordert eine genaue Planung und detaillierte Berechnungen.
Setzen Sie daher auf die fundierte Beratung durch die Solarexperten von Otovo. Wir nehmen für Sie die erforderlichen Berechnungen vor und optimieren Ihre Photovoltaikanlage in Hinblick auf Ihren Standort und die Ausrichtung und Neigung Ihres Dachs. So erhalten Sie eine PV-Anlage mit der optimalen Leistung. Verlassen Sie sich auf unsere langjährige Erfahrung aus über 20.000 Solarprojekten in Deutschland und ganz Europa und freuen Sie sich auf ein Rundum-Sorglos-Paket, bei dem Sie sich um nichts kümmern müssen.
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