Photovoltaik-Ausrichtung und Neigungswinkel

Der Neigungswinkel einer PV-Anlage ist der Winkel zwischen Solarmodulen und horizontaler Ebene.

Bei Schrägdächern ist der Neigungswinkel in der Regel gleich der Dachneigung. Bei Flachdächern, also Dächern mit einer Dachneigung um die 0 Grad, unterscheidet sich der Neigungswinkel von der Dachneigung.

Den Neigungswinkel deines Daches findest du in den Bauplänen des Hauses. Alternativ kannst du ihn messen:

Geh dazu auf deinen Dachboden und stell dich in die Mitte des Hauses. Dort misst du eine waagerechte Strecke (A), die von der Dachneigung nach innen (oder außen) reicht und im rechten Winkel wieder zum Dach (B). Dann hast du zwei Längen. Mit der Hilfe des "Satz des Pythagoras" und den Winkelsätzen kannst du dann den Winkel ausrechnen - oder einen Online-Rechner nutzen.

Übrigens: Auch eine senkrechte Montage der PV-Module, z. B. an der Fassade, ist denkbar.

Der optimale Neigungswinkel für Photovoltaik an der Fassade beträgt 30 bis 40 Grad in Richtung Süden.

Den höchsten Ertrag erzeugt eine Photovoltaikanlage, wenn die Sonnenstrahlen genau senkrecht, also in einem Winkel von 90° auf die Solarmodule treffen.

Die ideale Modulneigung für Solarmodule in Deutschland liegt bei 30 bis 40 Grad. So treffen die Sonnenstrahlen mit ihrem Einfallswinkel von 50-60 Grad im Sommer mit 90 Grad auf die Solarpanels.

Die Ausrichtung der Solaranlage gibt an, in welche Himmelsrichtung die Solarmodule zeigen. Beschrieben wird sie mit dem sogenannten Azimutwinkel, der die Abweichung der Ausrichtung von Süden beziffert.

Übrigens: Immer noch gibt es den weitverbreiteten Irrglauben, dass eine optimale Ausrichtung von Photovoltaikanlagen nur nach Süden rentabel sei.

Tatsächlich sind Abweichungen von 20 Grad nach Osten (Azimutwinkel -20°) oder Westen (Azimutwinkel +20°) beim Ertrag kaum feststellbar.

Und selbst bei vollständiger Ausrichtung nach Osten oder Westen beträgt die Ertragsminderung in der Regel nur etwa 20 Prozent.

Sind die Solarmodule auf einem Dach mit Nordausrichtung installiert, sollte der Neigungswinkel der Module höchstens 40 Grad betragen. Dann kann immerhin noch ein Ertrag von mehr als 50 Prozent eines Süddaches erzielt werden.

Die untenstehende Abbildung veranschaulicht, wie der Neigungswinkel der PV-Module (hier "Dachneigung") und deren Ausrichtung (hier "Dachausrichtung") miteinander zusammenhängen. Auch hier zeigt sich:

Die optimale Ausrichtung einer Photovoltaikanlage ist nach Süden, wodurch das Sonnenlicht senkrecht auf die Module trifft. Der optimale Neigungswinkel für Photovoltaikanlagen in Deutschland liegt zwischen 30 und 40 Grad. So wird die maximale Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr hinweg genutzt.

Je weiter das Dach von einer südlichen Ausrichtung abweicht, desto geringer ist der mögliche Ertrag – erkennbar an der roten Farbe. Um dennoch einen guten Ertrag zu erzielen, sollte das Dach dann möglichst flach sein – erkennbar an der grünen Farbe.

Der optimale Neigungswinkel für Solarmodule in Deutschland liegt bei einer nach Süden ausgerichteten Anlage bei 20 Grad (Süddeutschland) bzw. 40 Grad (Norddeutschland).

Wir unterscheiden hier zwischen Nord- und Süddeutschland, weil der Winkel der PV-Module zur Sonne auch abhängig vom Breitengrad ist, auf dem sich die Photovoltaikanlage befindet:

In Deutschland ist ein Winkel zwischen 30 und 40 Grad für ein Süddach optimal. Denn dann treffen die Sonnenstrahlen fast im rechten Winkel (90 Grad) auf die Module. Damit ist gewährleistet, dass die Stromerzeugung über den Jahresverlauf hinweg gut abgedeckt wird. Eine Abweichung um 10 Grad mehr oder weniger Neigung sorgt nur für geringe Einbußen beim Ertrag.

Im Norden Deutschlands steht die Sonne nicht so hoch am Himmel wie dies im Süden der Fall ist. Daher liefern im Norden geringfügig steiler montierte PV-Module (größere Winkel) einen höheren Ertrag, während im Süden kleinere Winkel den Ertrag erhöhen.

Um den optimalen Winkel für Photovoltaik zu berechnen, addiere 15 Grad zu deinem Breitengrad (Winter) bzw. ziehe 15 Grad von deinem Breitengrad ab (Sommer). Am Beispiel Erfurt, das auf dem 51. Breitengrad liegt, beträgt der optimale Neigungswinkel im Sommer 51° - 15° = 36° und im Winter 51° + 15° = 66°.

Der Sonnenstand im Winter ist mit einem Einfallswinkel von 10-15° geringer als mit 50-60° im Sommer. Da die Sonne im Sommer länger scheint, stellt der optimale Neigungswinkel von 30-40 Grad sicher, dass die PV-Module in dieser Jahreszeit einen rechten Winkel mit den Sonnenstrahlen bilden.

Im Winter erzielen um 30 bis 40 Grad geneigte PV-Module also nicht den maximal möglichen Ertrag. Da der allerdings nur einen Bruchteil des jährlichen Ertrags ausmacht, wäre es ein Fehler, die Module so zu neigen, dass sie mit der Sonneneinstrahlung im Winter einen rechten Winkel bildet.

Im Allgemeinen wird empfohlen, dass die Photovoltaikmodule in Deutschland in einem Neigungswinkel von etwa 30 bis 40 Grad montiert werden sollten, um eine maximale Energieausbeute zu erzielen. Dieser Neigungswinkel ist jedoch nicht unbedingt für alle Gebäude und Standorte optimal.

PV-Anlagen mit Ost-West-Ausrichtung produzieren bei einem Neigungswinkel von 0 bis 20 Grad den höchsten Ertrag. Da diese Winkel auf geneigten Dächern manchmal nicht zu erreichen ist, eigenen sich Flachdächer mit aufgeständerten PV-Modulen besonders gut für Ost-West-Ausrichtungen.

Als Faustregel gilt:

Je mehr die Ausrichtung der PV-Anlage von Süden abweicht, desto kleiner der optimale Neigungswinkel. Bei Ost-West-Anlagen erzielst du mit einer Neigung von 5 bis 15 Grad noch 90 % des maximalen Ertrags.

Eine Ausrichtung der PV-Anlage nach Osten oder Westen allein ist auf das Jahr gesehen nicht ideal:

Ein Neigungswinkel von 30 Grad nach Westen ist für Solarmodule im Winter sinnvoll, da so in den stromintensiven Abendstunden mehr Strom produziert wird. Allerdings geht auf das Jahr gerechnet etwa 15 % des absoluten Ertrags verloren.

Der optimale Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage auf einem Flachdach läge bei 30–35 Grad, sodass die Sonnenstrahlen im rechten Winkel auf die Solarzellen treffen. Da das aber zu Verschattungen führt, die den Ertrag stärker reduzieren, liegt der optimale Winkel für ein Flachdach bei 5–15 Grad.

Ein so flacher Neigungswinkel ist auf einem Flachdach möglich, weil es eine Dachneigung von 0 Grad hat. Solarteure montieren zunächst eine sogenannte aufgeständerte Unterkonstruktion für die Module. Der Winkel der Unterkonstruktion kann frei gewählt werden.

Genau wie bei Schrägdächern sind allerdings auch Abweichungen möglich. Denn:

Der optimale Neigungswinkel für Photovoltaikanlagen auf Flachdächern liegt zwischen 5° und 15°. So wird der Platz optimal genutzt und Schattenwurf minimiert. Ein Winkel von 20° bis 30° ist möglich, um eine bessere Selbstreinigung durch Regen zu ermöglichen.

Die Wahl des Neigungswinkels hängt jedoch auch auf Flachdächern von der Ausrichtung ab.

Die optimale Ausrichtung einer PV-Anlage auf Flachdächern ist in Richtung Süden und in Form einer einseitigen Aufständerung (mit 15 Grad Neigung).

Für eine Ausrichtung nach Süden muss auf dem Flachdach zusätzlicher Platz vorhanden sein. Denn selbst im flachen Winkel von 15 Grad können die Module nicht direkt hintereinander montiert werden, ohne sich gegenseitig zu verschatten.

In Ost-West-Ausrichtung hingegen können Module direkt hintereinander montiert werden, sodass nur [X m²] belegbare Dachfläche vorhanden sein müssen. Das funktioniert, weil in Ost-West-Ausrichtung auf einem Flachdach doppelseitig aufgeständert wird. Die Module werden also kopfwärts gegeneinander gelehnt, sodass eine Fläche nach Westen und die andere nach Osten zeigt.

Die doppelseitige Aufständerung bietet den Vorteil, dass die Dachfläche mit bis zu 40 % mehr Modulen belegt und damit mehr Leistung installiert werden kann – obwohl der Ertrag eines einzelnen Moduls gegenüber der Süd-Ausrichtung etwas geringer ist.

Also:

Um eine möglichst hohe Eigenverbrauchsrate zu erzielen und gegenseitige Verschattungen der Solarmodule zu vermeiden, sollten PV-Module auf einem Flachdach in Ost-West-Ausrichtung einen Anstellwinkel von 10° haben. In Südausrichtung sollte der Anstellwinkel 15° betragen.

Die Solaranlage hat die Aufgabe, einen möglichst hohen Ertrag zu erzielen, das heißt, möglichst viel Strom zu produzieren. Damit sie dauerhaft den gewünschten Ertrag liefern kann, ist es aber auch notwendig, dass sie nicht verschmutzt und im Winter frei von Schnee ist. Ob das gewährleistet ist, hängt ebenfalls von dem Neigungswinkel ab.

Als Faustregel gilt: Je höher der Neigungswinkel, desto stärker die Selbstreinigung der PV-Module durch Regen. Bei einem hohen Neigungswinkel reicht Regen in der Regel sogar komplett aus, um Staub und Schmutz von den Modulen abzuspülen und sie sauber zu halten. Eine manuelle Reinigung ist nicht mehr notwendig.

Aber: Wenn eine dicke Schneeschicht auf deiner Photovoltaikanlage liegt, kann sie keinen Strom erzeugen. Daher ist es wichtig, dass Schnee nicht lange auf den Modulen liegen bleibt. Bei einem Neigungswinkel von mehr als 30 Grad rutscht der Schnee in der Regel von alleine ab.

In aller Regel ja, denn:

Photovoltaik-Module erzielen bei einer Dachneigung von 10 Grad (und in Südausrichtung) immer noch über 90 Prozent des maximalen Ertrags. Beachte, dass flach geneigte Solarpaneele regelmäßig gereinigt werden sollten, um die Leistungsfähigkeit der Anlage zu erhalten.

Deshalb ist es normalerweise nicht notwendig, den Winkel eines Schrägdaches für die Photovoltaikanlage anzupassen.

Bei der Planung eines Neubaus kannst du die für den Einsatz der Photovoltaikanlage optimale Dachneigung natürlich von vornherein mit einplanen. Ein Energieberater hilft dir dabei.

Um eine effiziente Energieerzeugung über das gesamte Jahr zu gewährleisten, empfehlen wir für PV-Module einen Neigungswinkel von 20° - 40° (Richtung Süden) bzw. 0° - 20° (Ost-West). Geringere Neigungswinkel (20° bzw. 0°) steigern den Ertrag im Sommer, größere Winkel (40° bzw. 20°) den im Winter.

In diesem Artikel haben wir aber auch gezeigt, dass Abweichungen von diesen Idealwerten nur geringe Ertragseinbußen mit sich bringen. Deshalb lohnt sich eine PV-Anlage für so gut wie jedes Dach in Deutschland.

Das erklärt dir eine unserer PV-Expert:innen auch noch einmal in Kurzform per Video.