Ausrichtung Solaranlage: Abweichungen vom Ideal oft gar kein Problem

Nicht jedes Haus verfügt über ein unverschattetes Süddach mit optimaler Neigung für eine Photovoltaiklösung. Viele Bauherr:innen befürchten, dass sie aufgrund der Solardachpflicht viel Geld in eine PV-Anlage investieren, die dann kaum Strom erzeugt und nicht wirtschaftlich ist. Diese Angst erweist sich fast immer als unbegründet. Auch wenn Ausrichtung und Dachneigung für die Photovoltaik nicht ideal sind, lässt sich mit maßgeschneiderten Solardachlösungen der Stromertrag maximieren und die Anlage wirtschaftlich betreiben. Diese Optionen gibt es:

Anlagenart

Dank verschiedener Anlagenarten lässt sich für fast jedes Dach eine passende PV-Lösung finden:

Anlagengröße

Ist die Entscheidung für eine Anlagenart gefallen, geht es um die Dimensionierung. Ein Kriterium ist die verfügbare Dachfläche, die sich für eine PV-Lösung eignet. Sollte man die immer voll ausnutzen oder eher auf den Bedarf abzielen? Zwar erzeugt eine große PV-Lösung mehr Strom als eine kleine, doch bedeutet das nicht mehr Autarkie. Dazu bedarf es eines Stromspeichers. Große Anlagen haben einen höheren Anschaffungspreis, der sich auf die Stromgestehungskosten auswirkt. Die Einspeisevergütung liegt bei teuren Anlagen unter den Stromgestehungskosten. Deswegen lohnt sich eine groß dimensionierte Anlage nur in Verbindung mit einem Speicher und entsprechend hohem Eigenverbrauch. Die richtige Größe für eine Photovoltaikanlage zeigt folgende Tabelle:

Die ideale Dachausrichtung und -neigung

Fachleute sprechen bei der Dachausrichtung auch von Azimut. Dieser Winkel beträgt bei exakter Südausrichtung eines Daches 0 Grad, während westliche Ausrichtungen positive Winkelgrade aufweisen. Nach Osten ausgerichtete erhalten ein negatives Vorzeichen. Den höchsten Stromertrag gibt es bei Südausrichtung, den geringsten bei Nordausrichtung.

Auch die Neigung der Solarmodule beeinflusst den Stromertrag. Der Neigungswinkel einer PV-Aufdachanlage folgt in den meisten Fällen der Dachneigung (bei einer PV-Lösung mit Solardachziegeln ist dies naturgemäß immer der Fall). 30 Grad Neigung gelten als optimal. Auf zu flachen oder zu steilen Dächern werden die PV-Module der Aufdachanlage aufgeständert, um eine bessere Neigung zu erhalten. Das dient nicht nur einem höheren Stromertrag. Dann fließt auch Niederschlagswasser ab, statt sich zu stauen und die Funktion der Module zu beeinträchtigen.

• Den besten Ertrag liefert eine genau nach Süden ausgerichtete PV-Lösung – mit einem Peak zu Mittag, wenn meist wenig Strom für den Eigenverbrauch benötigt wird. Ideal ist dies für Familien, die tagsüber viel Strom verbrauchen (Homeoffice, Elektromobilität).
   
• Anlagen mit einer Ausrichtung nach Südwesten oder Südosten liefern einen nur rund 5 Prozent geringeren Stromertrag.
   
• Die Ausrichtung nach Osten und Westen bedeutet etwa 20 Prozent weniger Stromertrag. Dafür gibt es morgens und abends Ertragsspitzen, wenn der Eigenverbrauch außer Haus tätiger Bewohner:innen am höchsten ist. Diese Ausrichtung hat Vorteile für Familien, die keinen Stromspeicher haben. Außerdem eignen sich beide Dachhälften für die Bestückung mit PV-Modulen. Die Anlage kann also größer dimensioniert werden.
   
• Einen um 30 bis 40 Prozent reduzierten Stromertrag liefern nach Norden ausgerichtete Solarmodule. Das macht sie unwirtschaftlich.
   
• Dasselbe gilt für PV-Anlagen mit Nordwest- oder Nordost-Ausrichtung.
   
• An Tagen ohne direkte Sonneneinstrahlung, etwa an bewölkten Tagen, ist die Stromausbeute auf allen Dachseiten in etwa gleich.

Die Frage der Ausrichtung der Solaranlage steht und fällt mit der Ausrichtung des Daches, denn die lässt sich nicht ändern. Ist sie nicht optimal, kann man durch gute Planung und angepasste Installation dennoch eine gute Stromausbeute bekommen. Damit die Solarlösung Strom produziert, muss Sonnenlicht im rechten Winkel auf die Solarzellen strahlen. Diese Bedingungen erfüllen südlich ausgerichtete Anlagen an den meisten Stunden des Tages, besonders aber mittags.

Bei Ausrichtungen nach Osten und Westen entsteht der meiste Strom morgens beziehungsweise abends. Vorteil: Eine PV-Lösung auf beiden Seiten eines Ost-West-Daches liefert den ganzen Tag über einen relativ gleichmäßigen Stromertrag. Das gilt für Auf- und Indachanlagen ebenso wie für Solardachziegel. Eine "beste" Photovoltaik-Ausrichtung gibt es nicht. Der höchste Ertrag muss nicht zwingend am wirtschaftlichsten sein, wie unser Faktencheck im vorigen Absatz zeigt. Vielmehr sollte die Anlage den Bedarf des Haushalts optimal erfüllen und dann viel Strom produzieren, wenn der Eigenverbrauch hoch ist.

Ausrichtung eines Balkonkraftwerks

Nicht nur Hausbesitzer:innen können mit Solarstrom vom öffentlichen Netz unabhängiger werden. Dank Mini-Solaranlagen generieren auch Mieter:innen oder Eigentumswohnungsbesitzer:innen ihren eigenen Strom. Was für die Ausrichtung von Solaranlagen auf Dächern gilt, lässt sich auf vertikal montierte Anlagen übertragen: Ausrichtung und Neigung müssen stimmen. Der beste Neigungswinkel hierfür liegt bei 30 Grad. Die meisten Balkone befinden sich auf Hausseiten, die im Tagesverlauf viel Sonne abbekommen. Das sorgt bei der Ausrichtung eines Balkonkraftwerks für einen optimalen Stromertrag. Doch nicht jede:r kann sich über einen Südbalkon freuen. Ostbalkone liefern morgens viel Strom, doch gegen Nachmittag vermindern Schatten den Ertrag, während es bei Westbalkonen umgekehrt ist.

Damit die Module möglichst lange von der Sonne beschienen werden, gibt es verstellbare Halterungen. Mit ihnen lässt sich die Anlage im Tagesverlauf so ausrichten, dass der Stromertrag möglichst hoch ausfällt. Wer einen Nordbalkon sein Eigen nennt, kann trotz der ungünstigen Ausrichtung genug Strom für den Eigenverbrauch generieren, sodass es sich auf die Lebensdauer der Anlage (25 bis 30 Jahre) umgerechnet lohnt. Der Trick hierbei ist ein Neigungswinkel von 0 Grad: Er ermöglicht immer noch 87 Prozent des optimalen Ertrags.

Der ideale Neigungswinkel von PV-Lösungen beträgt in Deutschland 30 bis 35 Grad. Das verspricht übers Jahr betrachtet die beste Energieausbeute. Im Süden des Landes sind nicht nur die Tage länger, die Sonne steht auch etwas höher als im Norden. Deswegen sollte die Neigung der PV-Module im Norden geringfügig steiler ausfallen (37 Grad), im Süden flacher (32 Grad). So kann die Sonne länger im rechten Winkel auf die Module treffen.

Und was, wenn die Dachneigung deutlich steiler oder flacher ausfällt als für den optimalen Ertrag erforderlich? Da der Ertragsverlust nur rund 10 Prozent beträgt, bleibt eine PV-Anlage immer noch wirtschaftlich. Bei Aufdachanlagen lässt sich der Neigungswinkel durch Aufständerung um einige Grad optimieren. Das kostet jedoch extra. Ob es sich lohnt, muss eine Kosten-Nutzen-Rechnung zeigen. Für Flachdächer sind Aufdachanlagen die beste Lösung. Um bei geringer Dachneigung Photovoltaik nutzen zu können, optimieren Aufständerungen die Neigung der PV-Module. So fangen sie die Sonneneinstrahlung ebenso gut ein wie an geneigten Dächern, während die Ausrichtung bedarfsgerecht erfolgen kann. Dabei sollte man auch beachten:

Bei der Kombination aus Ost-West-Ausrichtung und steiler Dachneigung entstehen verschattete Bereiche, die den Ertrag deutlich reduzieren.

Photovoltaik mit Ausrichtung nach Norden muss keine Fehlinvestition sein. Durch einen flachen Neigungswinkel von 20 Grad lässt sich die Verschattung der Anlage verringern und verbessert den Ertrag einer Solaranlage mit Nordausrichtung um rund 10 Prozent.

Solardachziegel eignen sich für Dachneigungen zwischen 15 und 90 Grad, also nicht für Flachdächer.

Gut zu wissen: Zu flache Neigungswinkel beeinträchtigen die Selbstreinigungsfähigkeit der PV-Module. Diese ist erst ab 12 Grad Neigung gegeben.

Weitere Faktoren verringern die Stromausbeute selbst bei idealer Ausrichtung der Solaranlage:

Verschattung: Bäume oder umliegende Gebäude können Teile der PV-Anlage zu bestimmten Tageszeiten verschatten und so den Ertrag erheblich beeinträchtigen. Das gilt bei Aufdach- und Indachanlagen sowie den meisten Solardachziegeln, da deren Module seriell geschaltet sind. Solardachziegel mit Technologie von Autarq haben hingegen eine parallele Schaltung. Weswegen ist das bedeutsam? Bei Teilverschattungen ergibt sich kaum ein Leistungsverlust, weil die Spannung gleich bleibt und die anderen Module nicht beeinträchtigt werden. Lediglich der Stromertrag des verschatteten Moduls ist vermindert. Anders bei serieller Schaltung: Dort sorgt der Spannungsabfall in einem Modul für einen Leistungsabfall in der gesamten Modulreihe.

Verschmutzung: Bei einem Neigungswinkel ab 12 Grad können sich PV-Module bis zu einem gewissen Grad selbst reinigen. Niederschlagswasser tropft ab, statt sich auf der Oberfläche zu sammeln. Verschmutzungen durch Vogelkot, Pollen, Feinstaub oder Laub lassen sich dennoch nicht immer vermeiden. Sie wirken wie ein Schatten auf der Anlage und verringern die Leistung. Je geringer der Neigungswinkel, desto anfälliger sind die Module für Verschmutzung. Dann ergibt eine jährliche Reinigung Sinn. Diesen Kostenfaktor kann man sich mit stärker geneigten Modulen meist sparen, da Niederschläge den gröbsten Schmutz wegspülen. Das ist zudem standortabhängig: Landwirtschaft, emissionsreiche Industrie oder stark befahrene Straßen wirken sich negativ auf den Verschmutzungsgrad aus. Meist reicht jedoch eine gründliche Anlagenreinigung alle zwei Jahre.

Schneelast: Leise rieselt der Schnee – und bedeckt auch die PV-Module. Das ist zunächst ein statisches Problem, denn Schnee wiegt je nach Beschaffenheit zwischen 10 und 40 Kilogramm pro Quadratmeter beziehungsweise 100 bis 400 Pascal. Gängige PV-Module halten einer Schneelast von 5.400 Pascal stand. Leider sorgt die weiße Pracht auch für die Verschattung der Solaranlage. Zum Glück sind in den meisten Regionen Deutschlands ausgiebige Schneefälle inzwischen selten geworden. Außerdem fallen die Stromerträge im Winter wegen der kürzeren Tage und des ungünstigeren Sonnenstands sowieso geringer aus als in anderen Jahreszeiten (fünfmal mehr Sonneneinstrahlung im Sommer als im Winter). Das ist bereits in den jährlich zu erwartenden Stromertrag von PV-Lösungen „eingepreist“. Und es ist ein Irrglaube, dass kaum ein Sonnenstrahl durch die Schneedecke dringt. Etwas UV-Licht gelangt durch bis zu 15 Zentimeter dicken Schnee an die PV-Module. Sie eigenhändig vom Schnee zu befreien, ist dennoch keine gute Idee. Die Gefahr, die Oberflächen zu beschädigen, ist groß.

Windlast: Starker Wind stellt für Aufdachanlagen eine Belastung dar. Anders als bei in die Dachhaut integrierten PV-Lösungen wie Solardachziegel kann in der Unterkonstruktion von Aufdachanlagen ein Sog entstehen. Die Windkraft wirkt dann aus verschiedenen Richtungen auf die Anlage ein. Leistungsmindernde Mikrorisse im Glas sind die Folge, die sich im Laufe der Zeit zu großen Rissen auswachsen.

Standort: Standortfaktoren beeinflussen den Stromertrag von PV-Lösungen ebenfalls. Wie viel Direkt- und Diffusstrahlung in deiner Region zu erwarten sind, zeigt die Sonneneinstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes. Ist dir das zu kompliziert? Die meisten Bundesländer und auch einige Städte und Kommunen bieten kostenlose Solarkataster an. Dort bekommst du eine individuell an deinen Standort angepasste Einschätzung, mit welchem Stromertrag du je nach Anlagengröße und -position rechnen kannst. 

Für die konkrete Planung empfiehlt es sich, eine:n Solarteur:in oder Dachhandwerker:in zu beauftragen. Die spezialisierte Fachkraft findet die ideale PV-Lösung für das Objekt, kennt die beste Ausrichtung für die Solaranlage und errechnet den optimalen Neigungswinkel. Mit einer maßgeschneiderten Anlage holst du das meiste aus deiner PV-Anlage heraus.