Photovoltaik Ertrag im Jahresverlauf: Scheint in Deutschland genug Sonne für Solarstrom?

Die Menge an Sonnenlicht, das auf die Erdoberfläche trifft, ist entscheidend für den Ertrag einer Photovoltaikanlage. Doch reicht die Sonneneinstrahlung in Deutschland aus, um Photovoltaikanlagen effizient und lohnenswert zu betreiben? Diese Frage beschäftigt viele Unternehmen und Privatpersonen, die in erneuerbare Energien investieren möchten. Die Antwort lautet: Ja, Photovoltaik lohnt sich. Wir erklären warum.

Wie kann man den Jahresertrag einer Photovoltaikanlage berechnen?

Der Jahresertrag einer Photovoltaikanlage, gemessen in kWh/Jahr, kann durch folgende Formel einfach berechnet werden:

PV-Ertrag [kWh/Jahr] = PV-Nennleistung [kWp] x solare Strahlung auf geneigte Fläche [kWh/kWp/Jahr] x Performance Ratio

Die Formel setzt sich aus folgenden Parametern zusammen:

• Die Nennleistung eines Photovoltaikmoduls wird im Labor bei einer Einstrahlung von 1000 W/m² in Modulebene und einer Modultemperatur von 25 °C gemessen. Die tatsächliche Leistung weicht von diesen Laborwerten ab auf Grund von abweichender Sonnenstrahlung, Neigung und Orientierung der Module sowie auch durch weitere Verluste (siehe Performance Ratio). Heutige handelsübliche PV-Module haben eine Nennleistung von über 400 Wp. Die Nennleistung einer PV-Anlage [kWp] wird berechnet, indem die Nennleistung eines einzelnen PV-Moduls mit der Anzahl der Module multipliziert wird.

• Die solare Einstrahlung auf geneigte Flächen [kWh/kWp/Jahr] ist standortabhängig und liegt in Deutschland bei ca. 1000 kWh/kWp/Jahr. (Zum Vergleich, in Südspanien liegt dieser Wert bei etwa 1800 kWh/kWp/Jahr.) Die Verwendung der horizontalen Globalstrahlung zur Schätzung des Solarertrags ist nicht ausreichend genau, da weder Neigung noch Ausrichtung der PV-Anlage dabei berücksichtigt werden. In Deutschland ist es heute üblich, gewerbliche PV-Dachanlagen in Ost-West-Ausrichtung mit einem flachen Neigungswinkel von etwa 10 Grad zu installieren. Diese Anordnung maximiert die Morgen- und Nachmittagserträge in den Sommermonaten. In online verfügbaren Datenbanken wie https://globalsolaratlas.info/ kann ein Standort eingegeben werden und Sonneneinstrahlung auf geneigte Flächen angezeigt werden.

• Die Performance Ratio (PR) ist ein Maß für die Qualität einer PV-Anlage, das unabhängig vom geografischen Standort ist. Sie beschreibt das Verhältnis des tatsächlichen Ertrags zum Zielertrag der Anlage und zeigt somit die Verluste an. Diese Verluste können durch Faktoren wie Verschattung, Verschmutzung, Überhitzung der Module, Verluste in den Kabeln und im Wechselrichter oder durch Wartungsbedingte Ausfallzeiten entstehen. Eine qualitativ hochwertige PV-Installation hat typischerweise ein PR von etwa 0,8.

Beispielrechnung zur Ermittlung des Ertrags einer Photovoltaikanlage

Angenommen, eine Photovoltaikanlage hat eine Nennleistung von 100 kWp, die durchschnittliche jährliche Globalstrahlung beträgt 1000 kWh/kWp/Jahr, und das Performance Ratio liegt bei 0,8:

PV-Ertrag [kWh/Jahr] = PV-Nennleistung [kWp] x solare Strahlung auf geneigte Fläche [kWh/kWp/Jahr] x Performance Ratio

PV-Ertrag [kWh/Jahr] = 100 kWp x 1000 kWh/kWp/Jahr x 0,8 = 80.000 kWh/Jahr

Dieser Wert gibt an, wie viel elektrische Energie die Anlage im Jahr voraussichtlich erzeugen wird.

Natürlich kann dieser Wert nicht mit 100%-iger Sicherheit vorhergesagt werden. Mit Hilfe spezieller Softwaretools und detaillierter Standortanalysen kann eine Ertragsprognose aber schon sehr genau ermittelt werden.

Reicht die Sonneneinstrahlung in Deutschland aus?

Geografische Unterschiede in der Solareinstrahlung und dem Standort der Photovoltaikanlage

Deutschland gehört nicht zu den sonnenreichsten Regionen der Welt, aber die Sonneneinstrahlung variiert je nach geografischer Lage. Der Süden Deutschlands, insbesondere Bayern und Baden-Württemberg, erhält durchschnittlich mehr Sonnenstunden pro Jahr als der Norden. In diesen Regionen können Photovoltaikanlagen aufgrund der höheren Sonneneinstrahlung bessere Erträge erzielen. Das bedeutet aber nicht, dass sich eine Photovoltaikanlage im Norden Deutschlands nicht lohnt.

Schwankungen der Sonneneinstrahlung im Jahresverlauf

Hinzu kommt, dass die Sonneneinstrahlung in Deutschland starken jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt. Während der Sommermonate von Mai bis September ist die Solareinstrahlung am höchsten, was zu Spitzenleistungen bei Photovoltaikanlagen führt. Im Winter hingegen, von November bis Februar, ist die Sonneneinstrahlung deutlich geringer, was zu einem Rückgang der Stromproduktion führt.

Ausrichtung der PV-Anlage auf Flachdächern

Um die bestehende Einstrahlung optimal zu nutzen, werden die Photovoltaikmodule entsprechend ausgerichtet. Eine nach Süden ausgerichtete PV-Anlage erhält am meisten Sonnenlicht, aber eine Ost-West-Ausrichtung bietet einige Vorteile:

• Die Ost-West-Ausrichtung sorgt für Ertragsspitzen am Morgen und am Abend, was oft besser zum Lastprofil der Gebäudenutzer passt als eine Ertragsspitze zur Mittagszeit bei südlich ausgerichteten PV-Anlagen. Dadurch kann der Eigenverbrauchsanteil erhöht und weniger teurer Netzstrom benötigt werden.
• Bei einer Südausrichtung muss ein Abstand zwischen den Modulreihen eingehalten werden, um Verschattung zu vermeiden. Da sich Ost-West-Modulreihen nicht gegenseitig verschatten, können sie deutlich näher beieinander aufgestellt werden.
• Zudem können Ost-West-Modulreihen auf einer gemeinsamen Unterkonstruktionsschiene montiert werden. Dies reduziert den Bedarf an Unterkonstruktion und Ballastierung, die zur Stabilisierung gegen Windlasten notwendig ist.

Ertrag einer Photovoltaikanlage – Vergleich Deutschlands mit anderen Ländern

Im Vergleich zu sonnenreicheren Ländern wie Spanien, Italien oder den südlichen Teilen der USA, hat Deutschland eine geringere Solareinstrahlung und damit einen geringeren Ertrag. In diesen Regionen beträgt die jährliche Globalstrahlung oft über 1800 kWh/kWp/Jahr, was deutlich über den Werten in Deutschland liegt. Dennoch rentieren sich PV-Anlagen auf in Deutschland mit Amortisationszeiten im B2B Bereich ab bereits 6 Jahren, abhängig von der Größe, den Kosten sowie dem Ertrag der Anlage. Zudem gibt es einige staatliche Förderungen.