Photovoltaik Dimensionierung: Wie groß muss meine Solaranlage sein?

Optimale Dimensionierung Ihrer Photovoltaik-Anlage: Alles, was Sie wissen müssen

Sie haben sich für die Installation einer eigenen Photovoltaik-Anlage auf Ihrem Dach entschieden. Damit sich die anfänglichen Investitionskosten möglichst schnell amortisieren, muss die Anlage richtig dimensioniert werden. Darüber hinaus werden die Leistung und der Ertrag von weiteren Faktoren wie der Dachneigung und dem Vorhandensein eines Solarstromspeichers bestimmt. Damit Ihre Anlage die gewünschte Solarleistung tatsächlich erbringt und Sie sich über einen hohen Solarertrag freuen können, finden Sie in diesem Beitrag alle wichtigen Informationen zur optimalen Photovoltaik-Dimensionierung. 

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Welche Faktoren beeinflussen den Ertrag des Photovoltaik-Systems?

Der Solarertrag wird im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Solaranlage bestimmt. Allerdings hängt die Wirtschaftlichkeit von vielen Faktoren ab, die am Ende wie Zahnräder ineinandergreifen.  

• Sonneneinstrahlung: Die Menge an Sonnenlicht, die auf die Solarmodule trifft, ist einer der entscheidenden Faktoren für den Ertrag. Standort, Ausrichtung und Neigung der Solarzellen spielen ebenfalls eine Rolle. Regionen mit höherer Sonneneinstrahlung erzielen in der Regel auch einen höheren Ertrag.
  
• Ausrichtung der Solarzellen: Die Ausrichtung der Module in Bezug auf die Himmelsrichtung bestimmt, wie gut sie das Sonnenlicht einfangen können. Eine Ausrichtung nach Süden ist ideal, um den Ertrag zu maximieren.
  
• Verschattung: Eine mögliche Verschattung durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse reduziert den Solarertrag. Im Idealfall können die Module frei von Verschattungen installiert werden, um die bestmögliche Leistung zu erzielen.
  
• Modultyp und Qualität: Die Wahl hochwertiger Photovoltaikmodule mit effizienten Zellen und einer guten Leistungsfähigkeit beeinflusst den Ertrag positiv. Unterschiedliche Modultypen, wie monokristalline, polykristalline oder Dünnschichtmodule können sich in Bezug auf die Effizienz und den Ertrag unterscheiden.
  
• Sauberkeit: Eine regelmäßige Reinigung der Module von Schmutz, Staub und anderen Verunreinigungen kann den Ertrag verbessern. Eine verschmutzte Oberfläche der Module kann das einfallende Sonnenlicht blockieren und die Leistung verringern.
  
• Wartung und Überwachung: Eine regelmäßige Wartung und Überwachung des Systems kann sicherstellen, dass es effizient arbeitet. Durch eine frühzeitige Erkennung von Problemen oder Fehlfunktionen können diese schnell behoben und ein Ausfall des Systems vermieden werden. 

Der Einfluss des Wechselrichters auf den Solarertrag?

Für den Netzanschluss bzw. die Netzintegration der Solaranlage braucht es einen Wechselrichter, auch Inverter genannt, der den erzeugten Gleichstrom in den für das Stromnetz geeigneten Wechselstrom verwandelt. Der Wechselrichter hat einen direkten Einfluss auf den Solarertrag einer Photovoltaikanlage. Bei der Umwandlung des Stroms kann es zu Verlusten kommen. Ein effizienter Wechselrichter minimiert diese Verluste während der Umwandlung und maximiert somit den Solarertrag.

Die meisten Wechselrichter verfügen über sogenannte Maximum Power Point (MPP)-Tracker. Diese Tracker optimieren kontinuierlich die Ausgangsleistung der Solarmodule, um den maximalen Ertrag unter den gegebenen Betriebsbedingungen zu erzielen. Die Anzahl der MPP-Tracker im Wechselrichter kann den Ertrag der Solaranlage beeinflussen, insbesondere wenn die Anlage Module mit unterschiedlichen Ausrichtungen oder Verschattungen hat.

Moderne Wechselrichter bieten oft umfangreiche Überwachungs- und Steuerungsfunktionen an. Durch die Überwachung der Leistung der Solarmodule und des gesamten Systems kann der Wechselrichter Probleme erkennen und optimale Leistungsparameter einstellen, um den Solarertrag zu maximieren.

Wie dimensioniere ich meine Photovoltaik-Anlage richtig?

Um eine maximale Wirtschaftlichkeit für Ihre Solaranlage zu erzielen, sollten Sie sich für die richtige Größe und Auslegung des Systems entscheiden. Dabei spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, die Sie im Blick haben sollten. Für eine bessere Einschätzung finden Sie im Folgenden eine Liste mit Fragen, die Sie für sich beantworten können. 

Wie hoch ist Ihr Strombedarf?

Im Durchschnitt verbraucht ein Singlehaushalt etwa 1.500 Kilowattstunden Strom pro Jahr. Für einen Haushalt mit einer vierköpfigen Familie können Sie ungefähr mit 4.500 kWh Verbrauch rechnen. Eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 4 bis 5 Kilowatt-Peak kann diesen Bedarf theoretisch decken. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieser Wert durch regionale Unterschiede in der Globalstrahlung beeinflusst wird. Zudem muss die PV-Anlage optimal ausgerichtet sein und darf keinerlei Verschattungen aufweisen, um die bestmögliche Leistung zu erzielen.

Wie hoch ist Ihr Eigenverbrauchsanteil?

Entscheidend ist, dass der erwartete Ertrag der Solaranlage den Strombedarf der Hausbewohner deckt. Ohne Solarstromspeicher können Sie nur den Solarstrom nutzen, der gerade erzeugt wird. Daher ist die Überlegung wichtig, zu welchen Zeiten Sie überhaupt den selbst erzeugten Strom verbrauchen können. In einem durchschnittlichen Haushalt mit zwei erwerbstätigen Erwachsenen liegt der Eigenverbrauchsanteil in der Regel bei etwa 30%. Dadurch werden ungefähr 70% des Stroms ins öffentliche Netz eingespeist, was sich aber aufgrund der geringen Preise, die Netzbetreiber für die Einspeisung zahlen, kaum lohnt. 

Ein Tipp: Dieses Verhältnis ändert sich jedoch, wenn eine Solarbatterie installiert wird.

Haben Sie eine Wärmepumpe, eine Wallbox oder eine Klimaanlage?

Bei den Überlegungen zur Dimensionierung Ihrer Wärmepumpe sollten Sie auch das Vorhandensein einer Wärmepumpe, einer Wallbox für das E-Fahrzeug oder einer Klimaanlage mit einbeziehen. Der Jahresenergiebedarf für ein E-Fahrzeug liegt bei rund 2.000 kWh. Dadurch erhöht sich der Bedarf an Solarenergie um etwa 2 kWp. Für eine Wärmepumpe kann ein zusätzlicher Jahresstromverbrauch von rund 4000 kWh entstehen, woraus sich eine zusätzliche Leistung von 3,5 kWp ergibt. Eine Klimaanlage kann sogar einen zusätzlichen Bedarf von 4,5 kWp erforderlich machen. 

Wie groß ist die vorhandene Dachfläche?

Sie können natürlich nur so viele Solarmodule auf Ihr Dach setzen, wie Dachfläche vorhanden ist. Wichtig ist, dass Sie die nutzbare Dachfläche betrachten, die frei von Verschattungen, Dachfenstern, Erkern oder eventuellen Schornsteinen ist. Nehmen Sie sich dazu die vorhandenen Baupläne zur Hand oder vermessen Sie Ihr Dach mit dem Laserpointer. 

Beispielrechnung für die optimale Dimensionierung einer Solaranlage fürs Eigenheim

Damit Sie einen ungefähren Eindruck für die optimale Dimensionierung Ihrer Solaranlage bekommen, können Sie sich an der folgenden Beispielrechnung orientieren. 

Beispiel 

Eine Familie hat einen durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von 5000 kWh mit einer nutzbaren Dachfläche von 30 Quadratmetern. Die Sonneneinstrahlung in Ihrer Region beträgt durchschnittlich 1.200 kWh pro Quadratmeter pro Jahr. Sie möchten den Großteil des erzeugten Stroms selbst nutzen und nur einen geringen Überschuss ins Netz einspeisen.

Schritt 1: Berechnung des jährlichen Energiebedarfs

5.000 kWh (Stromverbrauch) / 1.200 kWh/m² (Sonnenstunden) = 4,17 Quadratmeter

Schritt 2: Ermittlung der benötigten Modulfläche

Da die verfügbare Dachfläche 30 Quadratmeter beträgt, ist genügend Platz vorhanden, um die benötigten 4,17 Quadratmeter Solarmodule zu installieren.

Schritt 3: Ermittlung der benötigten Modulanzahl

Die tatsächliche Modulanzahl hängt von der Modulleistung der ausgewählten Solarmodule ab. Angenommen, Sie wählen Solarmodule mit einer Leistung von 300 Watt pro Modul.

4,17 Quadratmeter / 0,3 Quadratmeter (Fläche pro Modul) = 13,9 Module

In diesem Fall könnten Sie also wirtschaftlich sinnvoll 14 Solarmodule installieren.

Schritt 4: Berechnung der Gesamtleistung der Solaranlage

14 Module * 300 Watt = 4.200 Watt oder 4,2 Kilowatt (kW)

Eine Solaranlage mit einer Leistung von etwa 4,2 kW sollte in der Lage sein, den jährlichen Strombedarf von 5.000 kWh weitgehend zu decken, wenn sie unter optimalen Bedingungen arbeitet.

Tipp: Solaranlage lieber etwas größer dimensionieren

Ihre Solaranlage kann gut 30 Jahre oder länger auf Ihrem Dach installiert sein. Daher sollten Sie nicht nur Ihr aktuelles Verbrauchsprofil betrachten, sondern auch zukünftige Entwicklungen im Blick haben. Smart-Home-Lösungen oder E-Mobilität nehmen immer weiter zu und werden perspektivisch auch in Ihr Zuhause Einzug halten. Dimensionieren Sie die Anlage daher lieber etwas größer als klein. 

Lohnt ein Stromspeicher für eine Solaranlage?

Ohne Solarstromsspeicher können Sie nur den Strom nutzen, der tagsüber erzeugt und direkt verbraucht wird. In den meisten Haushalten wird aber gerade in den Abendstunden am meisten Strom verbraucht, wenn der Herd angeschaltet ist, die Waschmaschine läuft und die Kinder am PC zocken. Ein Stromspeicher dient daher vor allem der Eigenverbrauchsoptimierung. Sie können den erzeugten Strom auch nachts nutzen und machen sich noch unabhängiger vom Stromnetz. 

Eigenverbrauch der Solarenergie vs. Einspeisung ins Netz

Die Einspeisung von Strom ist finanziell kaum noch attraktiv, weil die Vergütungssätze in den letzten Jahren erheblich gesunken sind. Daher sollten Solaranlagenbetreiber auf einen möglichst hohen Eigenverbrauch ausgerichtet sein. Lesen Sie hier mehr.

Wie beeinflussen Dachneigung und -ausrichtung den Solarertrag?

Die optimale Dachneigung liegt etwa zwischen 30 bis 35 Grad, da hier die beste Balance zwischen Sommer- und Winterertrag entsteht. Bei flacheren Dächern (z. B. Flachdächern) können Montagesysteme verwendet werden, um die Solarmodule in einem optimalen Winkel zur Sonne zu positionieren. Bei einer zu geringen Dachneigung treffen die Sonnenstrahlen nicht um optimalen Winkel auf die Fläche. Das kann dazu führen, dass sich Schmutz und Blätter auf den Solarmodulen ansammeln. Außerdem kann bei flachen Dächern die Selbstreinigungswirkung von Regenwasser beeinträchtigt werden. Bei einer zu hohen Dachneigung wiederum treffen die Sonnenstrahlen im Winter zu steil auf die Solarmodule auf, was den Solarertrag reduziert. 

Auch die Ausrichtung des Daches in Bezug auf die Himmelsrichtungen (Norden, Süden, Osten, Westen) beeinflusst den Solarertrag erheblich. Eine südliche Ausrichtung ist ideal, da sie die beste Sonneneinstrahlung über den Tag hinweg bietet. Eine Ausrichtung nach Osten oder Westen kann immer noch einen guten Ertrag erzielen, jedoch mit einer geringeren Leistungsspitze. Solche Ausrichtungen können jedoch Vorteile haben, da der Ertrag über einen längeren Zeitraum verteilt wird, was die Eigenverbrauchsquote erhöht. Eine Nordausrichtung ist in der Regel nicht empfehlenswert, da der Solarertrag hier zu gering ausfällt.

Haben Sie noch weitere Fragen?

Wie kann der Eigenverbrauch bei der Dimensionierung optimiert werden?

Sie können allein durch Ihr Verbrauchsverhalten einen wichtigen Beitrag zur Eigenverbrauchsoptimierung leisten. Verlagern Sie beispielsweise die Nutzung energieintensiver Geräte wie Waschmaschinen und Trockner auf die Zeiten am Tag, an denen die Sonne scheint.  Der Einsatz von Solarbatterien ermöglicht es, den überschüssigen Strom tagsüber zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen, wenn die Solaranlage weniger oder keine Energie produziert.

Der Einsatz von intelligenten Energiemanagement-Systemen kann den Eigenverbrauch optimieren, indem sie den Stromverbrauch im Haushalt überwachen und steuern. Diese Systeme können den Verbrauch von energieintensiven Geräten automatisch an die Solarerzeugung anpassen und den Eigenverbrauch maximieren.