Arten & Ausrichtung der PV-Anlage

Vielfalt der Sonnen-stromerzeugung

Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine PV-Anlagen zu betreiben (also den Sonnenstrom zu nutzen) und die PV-Module anzubringen – Bei der Nutzung der vorhandenen Flächen gibt es beinahe keine Grenzen!

Arten von Photovoltaikanlagen

Energetische Ausführung der PV-Anlage

  • Volleinspeiseanlage: PV-Anlage, die 100% der erzeugten Energie in das öffentliche Stromnetz einspeist.
  • Eigenverbrauchsanlage: PV-Anlage, die zuerst den Strombedarf innerhalb des Gebäudes/der elektrischen Anlage deckt. Die restliche Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist.
  • Inselanlage: PV-Anlage, die nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden ist. Der Strom wird vor Ort genutzt und muss gegebenenfalls zwischengespeichert werden.

anbringung der pv-module

Folgende Möglichkeiten stehen zur Verfügung, dabei kommen laufend innovative Anbringungsmöglichkeiten dazu. 

  • Schrägdach: Bei Schrägdächern wird die Ausrichtung des Daches meist direkt übernommen, um das Montagesystem einfach zu halten und der Ästhetik des Standorts zu entsprechen.

  • Flachdach: Bei Flachdächern kann die Ausrichtung der Module frei gewählt werden. Die Dachbefestigungen reichen von Verschraubungen durch die Dachhaut bis hin zu beschwerten Auflastsystemen. 

  • Bauwerksintegrierte Photovoltaik: Bei Bauwerkintegrierter-PV (BIPV) übernehmen PV-Module die Funktionen des Daches/der Fassade. Die Module werden dazu entweder in eine dichte Unterkonstruktion eingefügt oder überlappend (wie Dachziegel) angeordnet.

  • Freistehend: Freistehende PV-Anlagen werden abseits von Gebäuden errichtet z.B. auf einer Deponie, einem Parkplatz oder auf einer Freifläche. Mehr zum Thema.
  • Schwimmend: Um das Potenzial auf dem Wasser nutzen zu können, werden PV-Anlagen auf Schwimmkörpern montiert. Dadurch sollen Inseln mit erneuerbarer Energie versorgt werden. Nutzungen wie Baggerseen, die durch Tagebau entstanden sind oder Stauseen, die bereits jetzt energetisch genutzt werden, werden damit erschlossen.
  • Verkehrsintegrierte Photovoltaik: Im Verkehrsbereich kann PV sehr vielfältig genutzt werden. Sei es auf Lärmschutzwänden, Parkplätzen, Straßenbelägen oder direkt auf den Fahrzeugen.

Ausrichtung der Photovoltaikanlage

Die optimale Ausrichtung der PV-Module ist wichtig, um den gewünschten Stromertrag zu erzielen. Dabei kann die „optimale“ Ausrichtung von verschiedenen Faktoren abhängen.

Bei der Ausrichtung von Photovoltaik-Anlagen gibt es zwei verschiedene Winkelbezeichnungen: 

  • Der Azimut gibt den Winkel zwischen Süden und der Modulfläche an
  • Die Neigung der Modulfläche gibt an, we steil das Modul aufgeständert ist

 

Die optimale Ausrichtung

Den höchsten Ertrag liefert eine PV-Anlage in Mitteleuropa in etwa bei 30° Neigung und einem Azimut von 0°. 
Die optimale Ausrichtung der Module Richtung Süden wird als 100% des möglichen Ertrags angenommen.

Die Grafik zeigt das theoretische Jahresertragsprofil je nach Neigung der Module, indem es die Erträge zwischen einer 30° aufgeständerten Anlage (Blau) und einer 60° aufgeständerten Anlage (Rot) über ein Jahr vergleicht.

Die 60°-Anlage hat etwas höhere Erträge im Winter, da die tiefstehende Sonne besser aufgenommen werden kann. Im Jahresvergleich ist der Ertrag jedoch um einiges geringer.

jahresertragsprofil

Es gibt gute Gründe, von der “optimalen” Ausrichtung  abzusehen. 

Bei Ost-West-Anlagen wird die Hälfte der PV-Module nach Osten, die andere Hälfte nach Westen orientiert. Typischerweise werden ebenfalls sehr geringe Neigungen montiert. Diese Ausrichtung hat zwar einen Ertragsverlust von etwa 15-20 % gegenüber einer nach Süden ausgerichteten PV-Anlage, durch die Montageart können jedoch um einiges mehr Module montiert werden und so die Anlagenleistung auf dem selbem Platz um etwa 40 % gesteigert werden. Damit erhöht sich der Stromertrag gegenüber nach Süden ausgerichteten PV-Modulen. Außerdem muss das Montagesystem dadurch nicht so stark dimensioniert werden und das Ertragsprofil verbessert sich, da die Stromerzeugung verstärkt in den Morgen- und Nachmittagsstunden stattfindet und die Erzeugungsspitze zu Mittag reduziert wird.

Der Eigenverbrauch kann damit oftmals zusätzlich angehoben werden.

PV-Anlage mit bifazialen Modulen

Bifaziale Module können auf der Vorder-, aber auch auf der Rückseite des Moduls Sonnenstrahlung in Strom umwandeln. Dazu werden speziell gefertigte PV-Zellen in Glas-Glas Modulen verwendet. Der Vorteil dieser Module ist, dass ein deutlicher Mehrertrag durch den Albedo-Effekt gewonnen wird, wenn Strahlung von der Erdoberfläche zurückreflektiert wird (bspw. Schnee reflektiert bis zu 90 % der Strahlung zurück, klassischer Rasen reflektiert zwischen 18 % und 25 %, Wasser reflektiert weniger als 10 % zurück). Zudem können diese Module senkrecht aufgestellt und nach Ost-West ausgerichtet werden. Diese Anlagen sind so konzipiert, dass in den Morgen- und Abendstunden zwei Erzeugungsspitzen erzeugt werden – anstatt einer um die Mittagszeit. So kann der Eigenverbrauch gezielt am Vor- und Nachmittag angehoben werden. Diese Anlagen werden bspw. als Zaun oder auf landwirtschaftlichen Flächen eingesetzt.

Nachgeführte PV-Module

Um den Ertrag der genutzten Fläche zu maximieren, können PV-Module auch der Sonne nachgedreht werden – wie eine Sonnenblume.

Die Nachführung gibt es in 1-achsiger Ausführung, die entweder nur die Neigung oder nur den Azimut ändern, oder in 2-achsiger Ausführung, bei der beide Winkeleinstellungen geändert werden können.

Die Erträge zu den Morgen- und zu den Abendstunden werden bei dieser Variante erhöht. Gleichzeitig sind die Kosten für diese Anlagen jedoch auch höher.

Umgang mit VerschattunG

Umgang mit Verschattung

Verschattungen verringern den Stromertrag der Anlage

Wenn nun ein Modul bzw. eine Zelle verschattet ist, fällt die Stromstärke dieses Moduls und somit des ganzen Stranges stark ab, da das Modul mit der geringsten Stromstärke die Stromstärke des gesamten Modul-Strangs vorgibt. In anderen Worten: Eine verschattete Zelle produziert nicht nur keine Energie, sie reduziert auch die Produktion der Zellen, die mit ihr in Reihe geschaltet sind. Der verschattete Bereich wirkt elektrisch gesehen als Widerstand. An diesem Widerstand wird nun die Leistung in Form von Wärme abgegeben. Sehr hohe Temperaturen können die Zelle langfristig beschädigen. Diese Stellen nennt man sogenannte „Hot Spots“.

Sollten Verschattungen der Anlagen nicht verhindert werden können, gibt es folgende Möglichkeiten:

1. Bypass-Dioden: Diese Dioden leiten den Stromfluss um, wenn ein Bereich des Moduls verschattet ist. Zwar erzeugt der verschattete Bereich weniger Strom, aber der restliche Bereich arbeitet einwandfrei.

2. Verschaltung: Die Zellen und die Module teilweise zu verschalten kann den Leistungsverlust zwar etwas steigern, jedoch ergibt es Sinn bei Teilen der Anlage, die regelmäßig verschattet sind. 

3. Modul-Wechselrichter/Optimierer: Eine weitere Lösung ist der Einsatz von Modul-Wechselrichtern/Optimierern. Wenn in einer PV-Anlage so einer verbaut ist, kann jedes Modul für sich den MPP tracken und den MPP der anderen Module, mittels Kommunikation, anpassen. Der Modul-Strang hat somit immer noch die Ausgangs-Stromstärke und die volle Leistung abzüglich des Teils des verschatteten Moduls.