Der Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage bezeichnet den Winkel zwischen der horizontalen Ebene und der Neigung der PV-Module. Dieser Winkel ist entscheidend dafür, wie effektiv die Solarmodule Sonnenlicht einfangen können.
Kurz & Knapp: Neigungswinkel und Solarmodule
Dieser Ratgeber zeigt optimale Neigungswinkel für Solarmodule je nach Region, erklärt deren Einfluss auf den Energieertrag und bietet aktuelle PV-Neigungswinkeltabellen für individuelle Berechnungen. Weiterhin werden die saisonalen Auswirkungen auf den idealen Winkel analysiert und es wird eine Anleitung zur Bestimmung des Neigungswinkels am eigenen Haus angegeben.
Was ist der optimale Winkel für eine Photovoltaik-Anlage?
Grundsätzlich sollten Sonnenstrahlen möglichst im rechten Winkel (90°) auf die PV-Module treffen, um die Energieerzeugung zu maximieren. In Deutschland liegt der optimale Neigungswinkel für maximale Effizienz durchschnittlich zwischen 30 und 40 Grad.
Je südlicher der Standort der PV-Anlage liegt, desto geringer sollte der Neigungswinkel sein. In Mitteldeutschland ist ein Neigungswinkel von 35 Grad ideal, während in Österreich 25 Grad als optimal angesehen werden. Am Äquator ist der optimale Neigungswinkel besonders klein, da die Sonne hier durchschnittlich am höchsten im Himmel steht.
Ein idealer Winkel ermöglicht es, dass das Solarmodul zu den intensivsten Tages- und Jahreszeiten möglichst senkrecht zur Sonne ausgerichtet ist.
Die folgende Illustration zeigt auf, dass eine die Lichteinstrahlung möglichst senkrecht erfolgen sollte (Bild 1), sonst kommt es zu Vertragsverlusten (Bild 2):
Illustration: Einfluss des Neigungswinkels auf den optimalen Ertrag.
© echtsolar.de
Hintergrundwissen: Warum ist der Neigungswinkel wichtig?
Der Neigungswinkel beeinflusst entscheidend, wie effektiv ein Solarmodul Sonnenlicht in Energie umwandelt. Senkrecht einfallende Sonnenstrahlen maximieren die Energieaufnahme, was durch das Lambertsche Kosinusgesetz erklärt wird: Die Intensität ist am größten, wenn die Strahlen direkt und ohne Winkel auf die Moduloberfläche treffen.
Reflexionsverluste sind bei senkrechter Einstrahlung aufgrund von Anti-Reflexionsbeschichtungen minimal (1 bis 3 Prozent). Bei steigendem Einfallswinkel nehmen die Reflexionsverluste zu und können bis zu 10 Prozent erreichen, was den Ertrag verringert.
Ein suboptimaler Neigungswinkel kann den Wirkungsgrad des Moduls vermindern, da sowohl die absorbierte Lichtmenge als auch die Effektivität der Umwandlung von Licht in elektrische Energie abnehmen.
Der perfekte Neigungswinkel ist dynamisch
Tatsächlich ist der perfekte Neigungswinkel für Solarmodule nicht statisch, sondern ändert sich kontinuierlich im Laufe des Tages und der Jahreszeiten.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Sonne je nach Tages- und Jahreszeit unterschiedlich hoch am Himmel steht. Daher müsste sich die Modulneigung ständig an den Sonnenstand anpassen, wie es beispielsweise in Solarparks mit Nachführsystemen der Fall ist.
Fix installierte Solarmodule, wie für Dachflächen eingesetzt, sind haben faktisch nur zu wenigen Zeiten einen guten Neigungswinkel.
Um den PV-Jahresertrag zu maximieren, wird der Neigungswinkel oft so gewählt, dass er den durchschnittlichen Sonnenhöchstständen, besonders in den ertragreicheren Sommermonaten, entspricht.
In Deutschland beträgt dieser durchschnittlich optimierte Winkel etwa 30 bis 40 Grad, abhängig von der geografischen Lage (Breitengrad) und der spezifischen Ausrichtung der Solaranlage.
Übersicht idealer Neigungswinkel für Photovoltaik
In der nachfolgenden Tabelle sind die idealen Neigungswinkel je nach Standort und Ausrichtung aufgeführt:
Standort/Ausrichtung | Südausrichtung | Süd-West/Süd-Ost | West/Ost |
|---|---|---|---|
Deutschland | 30 – 40° | 25 – 35° | 0 – 15° |
Norddeutschland | 30 – 45° | 25 – 40° | 0 – 15° |
Süddeutschland | 30 – 40° | 25 – 35° | 0 – 15° |
Österreich | 20 – 30° | 10 – 25° | 0 – 15° |
Schweiz | 25 – 40° | 20 – 35° | 0 – 15° |
Optimaler Neigungswinkel für West-Ost-Anlagen:
In Deutschland sind Neigungswinkel von 0 bis 15 Grad für West-Ost-Anlagen optimal. Größere Winkel wie z.B. 35 Grad sind ebenfalls möglich, führen jedoch zu einem Ertragsverlust von ungefähr 20 Prozent. Generell gilt, dass bei starker Abweichung von der Südausrichtung ein geringerer Neigungswinkel zu höherem Ertrag führt.
Optimaler Winkel für Nord-Anlagen:
Norddach-Installationen sind generell weniger effizient. Typische Neigungswinkel zwischen 30 und 40 Grad resultieren in hohen Verlusten von bis zu 50 Prozent. Geringere Winkel unter 30 Grad sind für Nord-Anlagen zu bevorzugen.
Optimaler Neigungswinkel für Photovoltaikanlagen auf Flachdächern:
Auf Flachdächern kann der Anstellwinkel der PV-Module frei gewählt werden. Eine Aufständerung der Module erzeugt jedoch Schatten, was größere Abstände zwischen den Modulreihen erfordert. Ein zu flacher Anstellwinkel kann zudem Probleme bei der Selbstreinigung der Module verursachen. Ein Neigungswinkel von 15 bis 20 Grad wird daher für Flachdächer als optimal angesehen.
Kein perfekter Winkel? Kein Problem!
Entgegen der weitverbreiteten Meinung benötigt eine Photovoltaikanlage nicht zwingend die perfekte Südausrichtung und den optimalen Neigungswinkel. Viele Häuser bieten nicht die ideale Dachneigung für einen maximalen Solarertrag.
Das ist jedoch kein großes Problem, denn auch suboptimale Neigungswinkel und Ausrichtungen der Photovoltaikanlage können genügend Solarstrom erzeugen. Eine PV-Anlage, die beispielsweise um 50° von Süden abweicht (z.B. Südwest) und einen suboptimalen Modulneigungswinkel von 50° aufweist, erzeugt immer noch 90,1 Prozent des optimalen Ertrags. Der Verlust beträgt also lediglich etwa 10 Prozent.
Tabelle: Photovoltaik-Neigungswinkel
Die folgende Tabelle ist sowohl für Photovoltaikanlagen, also auch Balkonkraftwerke geeignet:
Wählen Sie einen der Buttons aus, um die passende Tabelle für Ihren Standort anzuzeigen. Standardmäßig ist Deutschland (Durchschnitt) ausgewählt. Zusätzlich stehen Tabellen für Neigungswinkel-Werte in Norddeutschland, Süddeutschland, Österreich und der Schweiz zur Verfügung.
Die PV-Neigungswinkel-Tabellen können Sie auch als Excel-Tabelle herunterladen (hier klicken).
Die Tabellen zeigen den Ertragswert für verschiedene Kombinationen von Neigungswinkeln und Ausrichtungen.
Ein Wert von 100 repräsentiert den maximal möglichen Ertrag (100 %). Ein Wert von 90 bedeutet, dass mit der gegebenen Neigungswinkel-Ausrichtungs-Kombination 90 Prozent des maximalen Jahresertrags erreicht werden, was einem Verlust von 10 Prozent gegenüber dem Optimum entspricht.
So berechnen Sie den PV-Ertrag mithilfe der Winkel-Tabelle
1. Jahresertrag als Basis:
In Deutschland beträgt der typische Jahresertrag 1.000 kWh pro kWp unter optimalen Bedingungen.
In Österreich und der Schweiz können Sie mit einem Jahresertrag von etwa 1.050 kWh pro kWp rechnen.
2. Berechnung des tatsächlichen Ertrags:
- Ermitteln Sie Ihren individuellen Wert für Neigungswinkel und Ausrichtung aus der Tabelle.
- Multiplizieren Sie diesen Wert mit dem optimalen Jahresertrag und der Größe Ihrer Anlage in kWp.
Beispielrechnung:
Verwendete Werte:
Ertragswert (aus Tabelle entnommen) = 95,5 %
Standort = Deutschland
PV-Anlagengröße = 10 kWp
Berechnungsformel:
Ertrag = Tabellenwert × optimaler Jahresertrag am Standort × Anlagengröße
Rechnung:
Ertrag = 95,5 % × 1.000 kWh/kWp × 10 kWp
Ertrag = 9.550 kWh pro Jahr
Für eine detailliertere Berechnung von Ertrag und Auswirkung vom Neigungswinkel empfiehlt sich auch unser Photovoltaik-Neigungswinkel-Rechner.
Welchen Einfluss hat die Jahreszeit auf den PV-Neigungswinkel?
Jahreszeit/Standort | Deutschland | Nord-Deutschland | Süd-Deutschland | Österreich | Schweíz |
|---|---|---|---|---|---|
Frühling | 40 – 50° | 45 – 55° | 40 – 50° | 40 – 50° | 40 – 45° |
Sommer | 25 – 30° | 30 – 35° | 25 – 30° | 25 – 30° | 20 – 25° |
Herbst | 50 – 60° | 50 – 60° | 45 – 55° | 45 – 55° | 45 – 55° |
Winter | 65 – 80° | 70 – 85° | 65 – 80° | 65 – 80° | 65 – 75° |
Die Tabelle zeigt die optimalen Neigungswinkel für Photovoltaikmodule, unterteilt nach den vier Jahreszeiten und Regionen (Deutschland, Österreich, Schweiz). Diese Winkel basieren auf Berechnungen der Sonnenhöhe, um zu gewährleisten, dass die Sonnenstrahlen zur Mittagszeit möglichst senkrecht auf die Module fallen.
Bitte beachten Sie: Eine Anpassung der Neigungswinkel auf spezifische Jahreszeiten reduziert den jährlichen Strom- und Finanzertrag. Ein ausgewogener Neigungswinkel, der primär den Sommer und sekundär den Frühling berücksichtigt, maximiert hingegen den Jahresertrag.
Eine Anpassung der Neigungswinkel auf spezifische Jahreszeiten reduziert den jährlichen Strom- und Finanzertrag. Ein ausgewogener Neigungswinkel, der primär den Sommer und sekundär den Frühling berücksichtigt, maximiert hingegen den Jahresertrag.
Welcher Neigungswinkel ist für PV-Anlagen im Winter gut?
Im Winter steht die Sonne selbst am Mittag nur zwischen 13 und 20 Grad über dem Horizont, daher ist ein Neigungswinkel der PV-Module von 65 bis 80 Grad optimal.
Der Stromertrag von PV-Anlagen im Winter ist insgesamt niedrig, da es viermal weniger Sonnenstunden gibt als im Sommer. Zusätzlich verursacht der längere Weg der Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre signifikante Ertragsverluste durch erhöhte Streuung und Absorption (siehe AirMass-Effekt).
Fazit: Da der geringe Winterertrag kaum Einfluss auf den Jahresertrag hat, ist ein hoher Neigungswinkel aus ganzjähriger Perspektive nicht sinnvoll, auch wenn er im Winter theoretisch vorteilhaft wäre.
Wie kann der Neigungswinkel vom Dach ermittelt werden?
Der Neigungswinkel von Photovoltaikmodulen auf dem Schrägdach entspricht der Dachneigung. Um diese zu bestimmen, können verschiedene Methoden angewandt werden. Zwei einfache Verfahren werden nachfolgend beschrieben und sind ebenfalls grafisch dargestellt:
1. Verwendung einer Smartphone-App als Winkelmesser:
Moderne Smartphones sind mit Sensoren ausgestattet, die die Neigung des Geräts relativ zur Horizontalen messen können.
Zur Bestimmung des Neigungswinkels muss das Smartphone einfach auf die Dachfläche gelegt werden. Die App zeigt dann den entsprechenden Winkel an. Solche Apps sind sowohl für Android- als auch für iOS-Geräte verfügbar.
Winkelmesser-App
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2. Berechnung des Neigungswinkels mittels trigonometrischer Funktionen:
Hierbei werden die Längen der Gegenkathete (a) und der Ankathete (b) auf dem Dachboden gemessen.
Der Neigungswinkel α lässt sich dann mit der Formel: α = arctan (a/b) berechnen.
Die Strecken a und b lässt sind in der Grafik erkennen.
Dachneigung berechnen
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Weitere Einflussfaktoren auf den PV-Ertrag
Ausrichtung: Idealerweise ist das Dach genau südwärts ausgerichtet (Azimutwinkel von 0 Grad), da Abweichungen den Jahresertrag reduzieren. In Deutschland sind jedoch Ost-West-Dächer sowie zunehmend Norddächer mit Photovoltaik möglich und immer weiter verbreitet.
Wirkungsgrad: Aktuelle PV-Module erreichen Wirkungsgrade von 20 bis 23 Prozent, wodurch 5 bis 15 kWp auf ein typisches Einfamilienhaus passen. Mit steigendem Wirkungsgrad verringert sich die benötigte Fläche.
Schatten: Verschattung kann erhebliche Ertragsverluste verursachen, insbesondere im Winter. Moderne Wechselrichter mit MPP-Trackern und PV-Leistungsoptimierer können diese Verluste stark verringern.
Standort: Der Standort beeinflusst den Ertrag maßgeblich. In Deutschland beträgt die durchschnittliche Solarstrahlung 1112 kWh/m² jährlich (Stand 2024), was einem Ertrag aus von etwa 1000 kWh pro kWp entspricht.
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