Aufständerungsorgie auf Flachdächern

Bei der Installation von Solarstromanlagen auf Flachdächern wird in der Regel versucht die Module in einem optimalen Anstellwinkel nach Süden auszurichten um einen maximalen Energieertrag zu gewährleisten.

Ausgehend von einem relativ hohen Preis für die Solarmodule ist es aus ökonomischer Sicht sicherlich nachvollziehbar, dass man aus dem teuren “Gut Solarmodul” die maximale Stromernte herausholen möchte. Betrachtet man das Gesamtprojekt Dach, Photovoltaik, umweltfreundliche Stromproduktion, erscheint diese Herangehensweise jedoch mehr als fraglich. Geht man von einer Anlage, die auf Höhe des 50.ten Breitengrades gebaut werden soll aus, so ergibt sich aus den gängigen Berechnungstabellen ein optimaler Anstellwinkel von ca. 28° bei exakter Südausrichtung.

In der folgenden Grafik kann man die Abhängigkeit zwischen Ertrag und Ausrichtung eines Solarmoduls ablesen:

Ausrichtung-und-Ertrag

Man sieht hier deutlich, dass es einen großen Bereich gibt, bei dem die Erträge um weniger als 5% unter dem “theoretischen Optimum liegen”. Was bei der Anwendung dieser oder ähnlicher Grafiken jedoch meist übersehen wird ist die Tatsache, dass es sich hierbei um gerechnete Werte handelt, die rein aus der Solargeometrie abgeleitet werden. Das bedeutet man integriert die Strahlungsleistung die auf das Modul fällt über einen Tag und erhält so eine Tagesenergiemenge in Wh. Das ganze macht man für 365 Tage (da sich die Sonnenbahn ja täglich ändert) und erhält so eine Einstrahlungssumme in kWh/(m²xJahr) auf die jeweilige Fläche. In der Praxis darf bei solchen Überlegungen aber auf keinen Fall unberücksichtigt bleiben, dass die Sonne ja nicht 365 Tage lang von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang scheint. Das Wetter moduliert diese ideale Einstrahlung natürlich und diese Modulation ist, wie wir alle wissen in keinster Weise linear. So kann es im Betriebsergebnis einer Solarstromanlage durchaus einmal vorkommen, dass eine Anlage mit nur um 15° geneigten Solarmodulen ein höherer Ertrag erzielt wird, als bei einer vermeintlich besseren Anlage mit 30° Neigung. Wie ist ist dieser Widerspruch zu erklären ? Ein flacherer Anstellwinkel wird natürlich im Sommer immer einen größeren Ertrag bringen als ein steilerer Winkel. Steht die Sonne im Verlauf eines Jahres dann wieder niedriger über dem Horizont holen die steiler geneigten Anlagen den “Rückstand” normal wieder auf. Es sei denn … das Wetter ist bei niedriger stehender Sonne wesentlich schlechter als bei hochstehender Sonne. So kann es vorkommen, dass je nach Verteilung der Solarstrahlung über’s Jahr gesehen einmal die Anlage mit der flacheren Neigung und einmal die etwas steilere Anlage das Rennen macht.

Aus meiner langjährigen Praxiserfahrung kann ich sagen, dass ich bis zu einem Neigungswinkel von ca. 15° eigentlich keine wesentlichen Ertragseinbußen gegenüber “optimalen” Anlagen mit 30° Neigung feststellen konnte. Einziger Nachteil der etwas flacheren Anlagen ist der fehlende Selbstreinigungseffekt, der noch dadurch verstärkt wird, dass bisher noch kein Modulhersteller gemerkt hat, dass die Kante des Alurahmens hier das wesentliche Problem ist. Die Scheiben werden nämlich auch bei sehr flacher Neigung recht gut sauber gewaschen.

Trotz dieses kaum meßbaren Nachteils einer flacheren Dachneigung (der oft überhaupt nicht vorhanden ist) werden noch immer viele Photovoltaikanlagen stur im 25-30° Winkel nach Süden ausgerichtet. Dieser Unsinn gipfelt darin, dass selbst bei optimalen Schrägdächern mit 15° Neigung noch eine Aufständerung auf 30° gemacht wird. Ich halte diese Vorgehensweise nicht nur für blanken Unsinn, sie führt die Photovoltaik auch in eine gänzlich falsche Richtung.

Beispiel: Hat man ein Flachdach mit einer Fläche von 1000m² zur Verfügung und ständert die Solarmodule im 30° Winkel in Richtung Süden auf belegt man effektiv nur 33% der Dachfläche mit Solarmodulen. 66% bleiben ungenutzt. Es können daher statt 125 kWp nur 41 kWp installiert werden.

Man kann also selbst bei einer Ertragsminderung von 10% gegenüber optimalem Anstellwinkel bei vollkommen flacher Montage der Solarmodule in etwa die 2,7 fache Menge Solarstrom erzeugen als bei einer Aufständerung im 30° Winkel.

Die konventionelle Energiewirtschaft behauptet bei jeder sich ergebenden Gelegenheit, dass die stärkere Nutzung der Photovoltaik in Deutschland, die Belegung ganzer Landstriche mit Photovoltaikmodulen erfordere. Das ist sicherlich eine Übertreibung. Fest steht jedoch folgendes: Will man in einer zukünftigen Stromversorgung Deutschlands mehr als 20% des Stromes photovoltaisch erzeugen kann man mit den vorhandenen Dachflächen nicht so verschwenderisch umgehen wie bisher. Im Gegenteil, man muss alle verfügbaren Dachflächen so gut wie möglich ausnutzen und auch Dachflächen die eigentlich nicht optimal geeignet sind für die Solarstromerzeugung nutzbar machen. Tut man das nicht, bleibt nur der massive Ausbau von Freiflächenanlagen, die dann sicherlich nicht auf Sondernutzungsflächen, Schallschutzwände und Mülldeponien beschränkt bleiben. Im Ergebnis wird man sehr schnell eine Diskussion darüber bekommen ob es nun sinnvoller sei auf landwirtschaftlichen Flächen Nahrungsmittel zu produzieren oder Energie.

2Superplanung ... Hut ab-1_thumbEin weiteres Argument gegen die “Aufständerungsorgien” auf Flachdächern: Die klare Botschaft, die die Politik an die Photovoltaikbranche mit dem EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) formuliert hat ist die Reduktion der Kosten mit dem Ziel eine Netzparität zu erreichen. Netzparität ist genau dann erreicht, wenn der auf dem Dach erzeugte Strom nicht mehr teurer ist als der Strom aus der Steckdose, der aus konventionellen Quellen stammt. Nun erleben wir gerade im Moment wieder, dass die Preise für Solarmodule sinken und damit auch im Jahr 2009 trotz Absenkung der Einspeisevergütung um 8% wieder ein wirtschaftlicher Betrieb von Solarstromanlagen möglich sein wird. Auch die Wechselrichterpreise sinken, durch verbesserte Systemtechnik und größere Stückzahlen in der Produktion.  Wie sieht es aber bei den Unterkonstruktionen und bei der Arbeitsleistung zur Errichtung von Photovoltaikanlagen aus ? Auch wenn, bedingt durch die Wirtschaftskrise der Preis für Rohstoffe im Moment gesunken sein mag. Langfristig wird weder die Unterkonstruktion für Photovoltaikanlagen, noch deren Montage günstiger werden. Im Gegenteil. Die Preise werden steigen. Die einzige logische Konsequenz daraus ist, dass es diese Unterkonstruktionen in Zukunft nicht mehr geben wird. Die einzige Möglichkeit auch bei diesen Positionen noch einzusparen ist eine Entwicklung, bei der die alte Idee der Gebäudeintegration (Stichwort BIPV) endlich einmal wirklich mit Leben erfüllt wird und aus dem Nischendasein heraustritt. Denn nur wenn ein Dach mit gleichem Aufwand wie derzeit gedeckt werden kann und am Ende auch noch Strom damit erzeugt werden kann, hat man eine echte Einsparung auf der Montageseite erreicht. In diesem Zusammenhang ist es sehr schön zu sehen, dass mit SolarWatt endlich ein Hersteller “konventioneller” Solarmodule bemerkt hat, dass viele seiner Produkte auf Dächern montiert werden und dass die landauf, landab verbauten Aluminiumrahmen der Solarmodule dafür “eigentlich” völlig ungeeignet sind. Ist es denn wirklich so schwer endlich einmal ein Standardsolarmodul zu entwickeln, mit dem man zum gleichen Preis nicht nur Strom erzeugen sondern gleichzeitig auch das Dach decken kann ? Vielleicht fördert der Wechsel vom Anbieter zum Nachfragemarkt diese Entwicklung, denn derjenige der hier die Nase vorn hat wird sicherlich entscheidende Marktanteile gewinnen können und einen wichtigen Beitrag dazu leisten, dass die Netzparität wirklich erreicht wird.

Unter diesem Link finden Sie den Bericht eines Betreibers einer flachgeneigten dachparallelen Photovoltaikanlage im Photovoltaikforum.

Hier findet man eine wissenschaftliche Arbeit von Dr. Ing. Volker Quaschning, die sich mit den Abschattungsverlusten bei aufgeständerten Photovoltaikanlagen beschäftigt.

14 thoughts on “Aufständerungsorgie auf Flachdächern

  1. Hallo Herr Diehl,
    wenn Sie im Vergleich noch angeben könnten, wieviel Prozent der Fläche man nutzen kann, wenn man die Module nur 15 Grad neigt, wäre das hilfreich. Dann müsste ich es nicht selbst ausrechnen. -:)

    Mit besten Grüßen
    Bernd Kunz

  2. Ich habe eine interessante Berchnungsprogramm für die Ergiebigkeit einer PV Anlage gefunden. In Abhängigkeit von der Neigung, Ausrichtung und Standort werden die zu erwartende kWh berechnet. Leider stimmen die Ergebnisse mit Ihren Ausrichtung und Ertrag Grafik in Ihrem Blog nicht überein.

    Das Programm heisst PVGIS PV Estimation Utility und scheint von der Joint Research Centre der Europäischen Kommission zu stammen. Der URL dafür ist:
    http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php#

    Hier sind die Ergenisse für Dünnschicht und Crystalline Silicon.
    Für Crystalline Silicon
    ———————–
    Eingabe:
    49 N 9 O
    28 Grad Neigung nach Suden
    System losses 0%

    Ergebnis:
    1072 kWh im Jahr

    Eingabe:
    49 N 9 O
    6 Grad Neigung nach Westen
    System losses 0%

    Ergebnis:
    946 kWh im Jahr

    Prozent Unterschied:
    11.75%

    Für Dünnschicht:
    —————
    Eingabe:
    49 N 9 O
    28 Grad Neigung nach Suden
    System losses 0%

    Ergebnis:
    1063 kWh im Jahr

    Eingabe:
    49 N 9 O
    6 Grad Neigung nach Westen
    System losses 0%

    Ergebnis:
    936 kWh im Jahr

    Prozent Unterschied:
    9.65%

    Nach der Grafik in
    https://photovoltaikbuero.de/PVBueroBlog/tabid/128/EntryID/16/Default.aspx#Comments
    sieht es eher wie 7% Unterschied aus. Welche hat Recht?
    Gibt es ein 3. Programm mit dem wir Ergebnisse vergleichen können?

    Ich habe hier die optimale Neigung aus Ihrem Blog verwendet. Das Programm sagt dass die optimale Neigung für 49N 33 Grad sei. Das ist ein Unterschied von 5 Grad. Gibt es eine Erklärung dafür. Ich hätte gedacht, dass solche Sachen unbestreitbar sind, oder?

    Ist Ihre Grafik für Dünnschicht oder Kristalline? Die Ergebnisse vom Program sind deutlich unterschiedlich.

  3. Die Tatsache, dass das Joint Research Centre der Europäischen Kommission zwischen Dünnschicht und kristallinen Modulen unterscheidet, zeigt dass hier nicht nur mit Einstrahlungsdaten gearbeitet wird sondern offenbar die spektrale Empfindlichkeit der Module mit berücksichtigt wird. (Wobei hierbei eine einfache Unterscheidung zwischen kristallin und Dünnschicht sicher zu kurz greift, da es auch noch Unterschiede in der spektralen Empfindlichkeit von Dünnschichtmodulen gibt.) Bei einer flacheren Neigung liegt der Diffusstrahlungsanteil etwas höher, was zu einem etwas besseren Ergebnis bei einigen Dünnschichtmodulen führen dürfte.
    Die von mir veröffentlichte Grafik stammt im Original von Rolf Hotopp vom RWE. Herr Hotopp hat diese Grafik im Zuge seiner Arbeit an der Versuchsphotovoltaikanlage in Kobern Gondorf an der Mosel vor ca. 15 Jahren veröffentlicht. Ich gehe davon aus, dass zur Erstellung dieser Grafik lediglich die Solargeometrie herangezogen wurde. Es wurde der 50°Breitengrad zugrunde gelegt. Uns liegt allerdings leider auch keine exakte Angabe darüber vor, wie die Grafik berechnet wurde.

  4. Hallo Herr Diehl,
    meine Reithallen sind fast genau West/Ost ausgerichtet und 10 und 12 Grad Dachneigung. Jetzt bin ich natürlich stark im Grübeln ob hier eine Auständerung sinnvoll ist oder lieber mehr Module als volle Leistung.
    Auch die Banken geben natürlich nur begrenzt Geld wenn die Module Flach sind, weil ja auch noch ein Trafo mit Leitung für ca. 50000,- benötigt werden. Module Ersol Mono 235
    Was wäre denn ihre Empfehlung und was würde eine Aufständerung an mehrkosten für bringen.
    Unaufgeständert haben wir 246 kwp.
    Danke für ihre Hilfe.
    Sonnige Grüße
    Bernhard Räuchle

  5. Hallo Herr Räuchle,ein Dach mit 34° Dachneigung und exakter Südausrichtung würde bei ansonsten gleichen Bedingungen max. ca. 12% Mehrertrag gegenüber den flach liegenden Modulen auf einem exakt nach Osten ausgerichteten Dach mit 10° Neigung erbringen. Nun haben Sie aber nicht die Möglichkeit ein mit 34° geneigtes Süddach herzustellen, sondern Sie können lediglich Ihre Module aufständern. Dies hat aber in jedem Fall eine gegenseitige Verschattung zur Folge. Üblicherweise wird der Abstand zwischen den Modulreihen bei 30° Neigung so groß gewählt, dass nur 1/3 des Daches mit Modulen belegt wird und 2/3 des Daches für die Abstände zwischen den Modulreihen draufgehen. Eine gegenseitige Verschattung kann aber auch bei diesem Abstand zwischen den Modulreihen nicht vollständig vermieden werden, so dass der Mehrertrag nur bei max. 10% liegen dürfte. Das bedeutet: Wenn Sie aufständern, installieren Sie nur ein Drittel der möglichen Leistung um mit diesem Drittel etwa 10% mehr Strom zu erzeugen. Beispiel: Wenn wir einen Ertrag von 950 kWh/kWp bei optimaler Südausrichtung annehmen erzielen Sie mit der aufgeständerten Variante eine Strommenge von 950*246/3= 77.900kWh pro Jahr.Wenn Sie die Anlage dachparallel montieren erzeugen Sie im gleichen Jahr 950*0,9*246=210330 kWh Strom. Der Mehrpreis für die Aufständerung dürfte bei 100-150.-€/kWp liegen.Eine eindeutige Empfehlung kann ich Ihnen nicht aussprechen. Dazu müssten die Preise beider Varianten vorliegen und ich müsste Ihre Preferenzen kennen: Maximaler Stromertrag oder maximale Rendite ?
    Matthias Diehl

  6. Hallo Herr Diehl
    Was halten sie von einer Belegung eines Pultdaches DN5° 340°(also fast Nord) mit kristallinen PLZ 44575. Also mehr Strom kann ich damit ja produzieren als mit DS. Kann sich so eine Anlage noch wirtschaftlich rechnen bei 100% Fremdfinanzierung? (3,7% effek. 13.7 Jahr Laufzeit)
    Vielen Dank
    Hans-Joachim Günther

  7. Hallo,
    grundsätzlich muss überprüft werden ob die PV Anlage dazu in der Lage ist, die am jeweiligen Standort auftretenden Schneeverhältnisse zu bewältigen. Dazu ist es notwendig die jeweilige Schneelastzone zu kennen.( de.wikipedia.org/wiki/Schneelast) und von den Modulen sollte bekannt sein, welcher maximale Schneedruck zulässig ist.
    Wenn wir eine Anlage planen, werden diese Fragen von einem befreundeten Statikbüro geklärt und beantwortet.

    Gruß
    pvbuero

  8. möchte einen weiteren Erfahrungswert zu Nordanlagen und Aufständerung liefern.
    Ich beobachte seit fast 2 Jahren eine 20kWp NO Anlage (45Grad) mit 7 Grad Aufständerung.
    Es hat sich gezeigt, bzw. wird sich Ende des Jahres komplett zeigen, dass die Anlage vom Ertrag die besten kWh/kWp übers Jahr haben wird, im Vergleich zu örtlichen anderen Anlagen die z.Teil optimal 180Grad/35Grad ausgerichtet sind. Module sind Solarwatt 60P (poly)
    Vor allem bei bedeckten Tagen ist die Tagesausbeute immer höher als die Vergleichsanlagen mit optimalerer Ausrichtung und dieser Vorteil summiert sich umso mehr, je schlechter das Sonnenjahr ist.

  9. Hallo,
    bin aktuell erst auf diese interessante Information gestoßen.
    Ich lebe in Ecuador, in Quito. Ich bin derselben Ansicht, dass eine Aufständerung nur bedingt von Vorteil ist. Gerade in Ecuador, wegen der optimalen Sonneneinstrahlung, bzw. des ganzjährigen direkten gleichmäßigen Sonnenverlaufs, ist es sicherlich sinnvoll eine PV Anlage flach aufzubauen. Die meisten Dächer in Ecuador sind Flachdächer oder besitzen einen Neigung von 15°- 20°, manche in Ost-West Ausrichtung, was meiner Ansicht nach optimal sein dürfte. Eine Abschattung nach Tageszeit tritt meist durch die angrenzenden Berge auf.
    Grüße
    Dietmar

  10. Sehr geehrter PV Team, der Beitrag ist wirklich super!.

    Es wäre aber super zu wissen, wie Sie den Abstand von Modulreihen berechnen. Wir planen die Module 330 Watt MONO 1990 x 990mm mit dem Winkel von 15 Grad auf einem Flachdach SÜD(ca.25 Grad nach West gedreht) Ausrichtung.
    Dachfläche : 8,30m X 6,20 M
    Bei 15 Grad habe ich über 75 cm Abstand zwischen Modulreihen ausgerechnet(25 cm x 3 = 75 cm),was mir als sehr weit vorkommt. Dadurch bekomme ich nur 15 Module auf den Dach. Oder kann man die Module bei diesem Winkel(15°) auf Stoß montieren ?

    1. Am frühen Vormittag und am späten Nachmittag hat man immer eine gegenseitige Verschattung der Modulreihen. Im Winter mehr als im Sommer.
      Wir haben früher immer so ausgelegt, dass man am 21.12. des Jahres gerade keine gegenseitige Verschattung der Reihen mehr hat. Wir sind am 50° Breitengrad nord, so dass man dann einen Höhenwinkel zur Sonne von 17° hat.(Wenn die Sonne am 23° südlicher Breite senkrecht steht). Damit kann man dann bei gegebener Modulneigung die Abstände leicht berechnen. Letztendlich ist es ein Optimierungsprozess zwischen “höherer Flächenausnutzung” und “besserem spezifischen Ertrag”.

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