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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

Sonneneinstrahlung nach Bundesland 2023 I Quelle: Statista
Sonneneinstrahlung nach Bundesland 2023 I Quelle: Statista

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

Das Strahlungsjahr 2023 - download_strahlungsbericht_2023
Das Strahlungsjahr 2023 I Quelle: Deutscher Wetterdienst

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

Ost-West ausgerichtete PV-Module bieten einige Vorteile über eine Südausrichtung.
Ost-West ausgerichtete PV-Module bieten einige Vorteile über eine Südausrichtung.

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.

Region / LandJährliche Sonneeinstrahlung (kWh/m²)Durchschnittliche järhliche PV-Erträge (kWh/kWp)CO2-Einsparung (kg/Jahr)
Süddeutschland1000-1200900-1050120.000
Norddeutschland900-1000800-900115.000
Spanien1700-22001400-1800200.000
Italien1500-19001300-1600190.000
USA (Süden)1800-22001500-1900200.000

Quellen: Die Werte basieren auf Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD), internationale Werte auf Schätzungen der International Renewable Energy Agency (IRENA) und der Solar Energy Industries Association (SEIA). Die angegebenen Zahlen sind Näherungswerte und dienen als allgemeine Orientierungshilfe.

Förderprogramme

In Deutschland haben das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und verschiedene Landesprogramme zur Verbreitung der Photovoltaik beigetragen. Nun soll das im April verabschiedete Solarpaket 1 Erleichterungen für den wirtschaftlichen und effizienten Einsatz von Solaranlagen schaffen. Diese Förderungen reduzieren zum Teil die finanziellen Einstiegshürden und machen Investitionen in Solaranlagen attraktiver. Auch kann auf  Plattformen, wie CO2Online und Förderradar ein Fördermittelcheck durchgeführt werden.

Herausforderungen und Lösungen für einen lohnenswerten Ertrag

Wetterabhängigkeit und Ertragsprognosen von PV-Anlagen

Wie bereits oben erwähnt, ist eine der wesentlichen Herausforderungen für Photovoltaikanlagen die Abhängigkeit von Wetterbedingungen. Insbesondere Wolken, Regen und Schnee können die Menge des einfallenden Sonnenlichts reduzieren und somit den Energieertrag verringern. Diese Wetterabhängigkeit kann insbesondere in Regionen mit wechselhaften Klimabedingungen problematisch sein. Moderne Überwachungssysteme und Wetterprognosen bieten jedoch die Möglichkeit, dieser Herausforderung zu begegnen. Die Analyse historischer Wetterdaten und aktueller Bedingungen erlaubt es Betreiberinnen und Betreibern, potenzielle Leistungseinbußen frühzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen.

Energieatlas Berlin Solarkataster
Energieatlas Berlin Solarkataster

In den sogenannten Solarkatastern, kann Bundeslandbezogen bereits vor Installation der Anlage geprüft werden, wie die Sonneneinstrahlung für konkrete Orte ausfällt und ob sich eine Photovoltaikanlage rechnet. Wetterdatensysteme und maschinelles Lernen ermöglichen präzisere Vorhersagen und tragen somit zur Maximierung der Anlagenleistung bei vor allem großen Photovoltaikanlagen im MW-Bereich bei. Durch die kontinuierliche Anpassung und Optimierung der Betriebseinstellungen können selbst an bewölkten Tagen gute Ergebnisse erzielt werden. Zudem können fortschrittliche Algorithmen zur Ertragsprognose beitragen, indem sie Echtzeit-Daten nutzen, um die Leistung der PV-Anlagen zu optimieren und die Wirtschaftlichkeit zu maximieren.

Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik in Deutschland

Kosten-Nutzen-Analyse von Photovoltaikanlagen

Eine gründliche Kosten-Nutzen-Analyse ist entscheidend für die Entscheidung, ob eine PV-Anlage wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Anschaffungskosten für Materialien (Module, Unterkonstruktion, Wechselrichter, Kabel, sowie zusätzliche Systemteile) und die Installation sind die größten Ausgaben, aber diese werden durch die Einsparungen bei den Energiekosten und mögliche staatliche Förderungen oft innerhalb weniger Jahre ausgeglichen. Über die Lebensdauer einer PV-Anlage von 20-30 Jahren können die Gesamteinsparungen erheblich sein.

Photovoltaik Ertrag für den Eigenverbrauch nutzen

Der Eigenverbrauch von Solarstrom bietet weitere finanzielle Vorteile, insbesondere in Zeiten schwankender Strompreise. Indem Unternehmen und Haushalte den erzeugten Solarstrom direkt nutzen, können sie ihre Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz reduzieren. Dies führt zu direkten Einsparungen bei den Stromkosten, da weniger Energie von externen Anbietern bezogen werden muss. Ein weiterer Vorteil des Eigenverbrauchs ist der Schutz vor zukünftigen Preiserhöhungen. Stromkosten unterliegen einer hohen Volatilität und tendieren dazu, im Zeitverlauf zu steigen. Die Nutzung des selbst erzeugten Solarstroms ermöglicht es Unternehmen, ihre Energiekosten zu stabilisieren und eine langfristige Planung zu gewährleisten. Dies ist insbesondere für Unternehmen vorteilhaft, die einen hohen Energieverbrauch aufweisen, wie beispielsweise im produzierenden und verarbeitenden Gewerbe. Dadurch können sie ihre Betriebskosten langfristig reduzieren.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, nicht direkt verbrauchte Strommengen in das öffentliche Netz einzuspeisen. Dies wird in vielen Ländern durch Einspeisevergütungen und die Direktvermarktung für Anlagen mit einer Leistung über 100 kWp gefördert, wodurch zusätzliche Einnahmen generiert werden. Der kombinierte Nutzen von Kosteneinsparungen durch Eigenverbrauch und zusätzlichen Einnahmen durch Einspeisevergütungen und Direktvermarktung macht Photovoltaikanlagen zu einer attraktiven Investition.

Photovoltaik lohnt sich!

Deutschland mag nicht zu den sonnenreichsten Ländern gehören, doch die Solareinstrahlung reicht aus, um Photovoltaikanlagen effizient und rentabel zu betreiben. Durch moderne Technologien, gezielte Förderprogramme und innovative Lösungen können auch in Deutschland hohe Erträge und kurze Amoritisationszeiten aus Photovoltaik erzielt werden. Die geografischen Unterschiede und jahreszeitlichen Schwankungen werden durch fortschrittliche Systeme und Materialien ausgeglichen, die eine maximale Energieausbeute gewährleisten.

AUXOLAR steht Ihnen als erfahrener Partner zur Seite, um maßgeschneiderte PV-Lösungen für Ihr Unternehmen zu entwickeln. Unsere umfassenden Dienstleistungen von der Planung bis zur Wartung stellen sicher, dass Ihre Anlage stets optimal funktioniert und Ihnen langfristig erhebliche Kosteneinsparungen bringt. Interessiert an einer professionellen Beratung zur Installation und Wartung Ihrer Photovoltaikanlage? Kontaktieren Sie uns für eine kostenlose und unverbindliche Wirtschaftlichkeitsanalyse und erfahren Sie, wie wir Ihnen helfen können, die maximale Energieausbeute zu erzielen und langfristig Kosten zu sparen.

Stand: 06.08.2024

Quellen:

  • https://www.dwd.de/DE/Home/home_node.html
  • https://de.statista.com/statistik/daten/studie/36178/umfrage/sonnenstunden-im-sommer-nach-bundeslaendern/

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