Photovoltaik-Ausrichtung und Neigungswinkel

Der Neigungswinkel oder die Dachneigung ist der Winkel, den die Dachfläche mit der horizontalen Ebene bildet. Dieser Winkel ist wichtig für die Bestimmung der Belastbarkeit des Dachs, für die Auswahl der geeigneten Dachdeckung und für die Planung von Solaranlagen auf dem Dach.

Dächer haben in der Regel eine Neigung zwischen 0 Grad (Flachdach) und 80 Grad (Steildach). Wenn du nicht weißt, welche Neigung dein Dach hat, hast du mehrere Möglichkeiten sie zu ermitteln.

Übrigens: Auch eine senkrechte Montage der PV-Module ist denkbar, z. B. als Balkonverkleidung oder Gartenzaun.

Den höchsten Ertrag erzeugt eine Photovoltaikanlage, wenn die Sonnenstrahlen genau senkrecht, also in einem Winkel von 90° auf die Solarmodule treffen. Nun könnte man annehmen, dass also eine optimale Dachneigung 90° beträgt. Das ist aber nicht der Fall.

Denn zum einen verändert die Sonne ihren Stand im Laufe des Tages und im Laufe des Jahres und steht daher mal höher und mal niedriger. Das bedeutet, dass sich auch der Winkel, in dem das Sonnenlicht auf die Solarmodule trifft, im Tages- und Jahresverlauf ändert. Und zum anderen ist der Stand der Sonne auch davon abhängig, ob das Haus im Norden oder im Süden Deutschlands steht.

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.

Wenn sich das Dach beispielsweise in Richtung Süden orientiert, kann ein flacherer Winkel empfohlen werden. In Gebieten mit höherer Sonneneinstrahlung, wie im Süden Deutschlands, kann ein steilerer Neigungswinkel sinnvoll sein, um die Energieausbeute zu erhöhen.

Wie du siehst, kommt dem Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage eine besondere Bedeutung zu, die wir im Folgenden detailliert erläutern.

Neigungswinkel, Ausrichtung und Standort sind die entscheidenden Faktoren für die Planung einer Photovoltaikanlage auf deinem Dach. Sie bestimmen, zu welchen Zeiten und in welchem Winkel die Sonne optimal auf die Module trifft. Je nach Winkel, Ausrichtung und Standort fällt der Ertrag deiner Solaranlage, sprich die erzeugte Menge Strom, geringer oder höher aus. Treffen die Sonnenstrahlen in einem rechten Winkel (90 Grad) auf die Module, erzeugt die Photovoltaikanlage am meisten Strom.

Allerdings ändert sich der Stand der Sonne bekanntermaßen im Jahresverlauf und damit auch der Winkel, in dem sie auf die PV-Module scheint. Im Winter steht die Sonne tiefer und der Winkel ist eher flach. Anders im Sommer – jetzt steht die Sonne hoch.

Der Winkel zur Sonne ist außerdem abhängig vom Breitengrad, auf dem sich die Photovoltaikanlage befindet. Im Norden Deutschlands treffen die Sonnenstrahlen in einem flacheren Winkel auf die Module, als dies im Süden der Fall ist. Daher liefern im Norden geringfügig steilere Dächer (größere Winkel) einen höheren Ertrag, während im Süden eher flachere Dächer (kleinere Winkel) den Ertrag erhöhen.

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.

Die untenstehende Abbildung veranschaulicht, wie die Dachneigung (Winkel von 0° bis 90°) und Dachausrichtung (Süd- bis Nordausrichtung) miteinander zusammenhängen:

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.

Auch die nächste Frage lässt sich mit der Abbildung beantworten.

Wenn Dein Dach eine Ost-West-Ausrichtung hat, ist es am besten, die Photovoltaikmodule in einem flachen Neigungswinkel zu installieren. Wie die Abbildung zeigt, liefern Solarmodule in Ost-West-Ausrichtung bei Neigungen von 0 bis 20 Grad noch sehr gute Erträge (grüne Farbe). Durch die flache Neigung wird das Sonnenlicht über den Tag hinweg gleichmäßig auf die Module verteilt und du kannst einen maximalen Ertrag mit deiner PV-Anlage erzielen.

Einer der wenigen Fälle, in denen der Neigungswinkel frei eingestellt werden kann, ist das Flachdach. Denn ein Flachdach hat eine Dachneigung von 0 Grad. Hier montieren Solarteure zunächst eine sogenannte aufgeständerte Unterkonstruktion für die Module. Diese bestimmt dann auch den Neigungswinkel der Module zur Sonne.

Bei der Installation von Photovoltaikanlagen auf dem Flachdach gibt es verschiedene Gestellsysteme, die unterschiedliche Neigungswinkel ermöglichen. Idealerweise werden Photovoltaikmodule auf einem Flachdach in einem Winkel von etwa 5 bis 15 Grad montiert, um eine maximale Energieausbeute zu erzielen.

Die Wahl des Neigungswinkels hängt jedoch auch hier von verschiedenen Faktoren, wie der geografischen Lage oder der Ausrichtung des Dachs, ab.

Da bei Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms eine über den Tag gleichmäßig verteilte Stromerzeugung sinnvoll ist, werden die Module auf einem Flachdach in Ost- bzw. West-Richtung mit einer Neigung von 10 Grad, in Südaufständerung von 15 Grad montiert.

Jetzt fragst du dich vielleicht, warum Module nicht in einem größeren Winkel als 10 oder 15 Grad aufgeständert werden, wenn man schon die Freiheit hat. Es stimmt, dass ein höherer Winkel, wie er bei vielen Steildächern von Haus aus vorgegeben wird, ideal wäre. Kommen jedoch Aufständerungen zum Einsatz, müssen neben dem Neigungswinkel insbesondere auch Faktoren wie die Windlast bedacht und eventuelle Verschattungen der Module berücksichtigt werden.

Bei den Aufständerungen kannst du grundsätzlich zwischen einseitiger Aufständerung nach Süden und doppelseitiger Aufständerung nach Osten und Westen unterscheiden – aber auch zwischen den verschiedenen Aufständerungssystemen.

Kommen wir zuerst zu den verschiedenen Aufständerungssystemen. Die Montage deiner PV-Anlage auf dem Flachdach kann zum einen durch Montageschienen erfolgen, die fest an das Flachdach geschraubt werden. Man spricht hierbei auch von einem Schienensystem. Auf diese Schienen werden dann die PV-Module installiert.

Dem gegenüber steht das sogenannte Ballastsystem. Hierbei halten Betonstützen die Solarmodule. Schwere Materialien, wie zum Beispiel Betonplatten, können diese Konstruktion zusätzlich absichern.

Bei genügend Platz auf dem Flachdach empfiehlt sich eine einseitige Ausrichtung der Module nach Süden, wobei du den Neigungswinkel optimal anpassen kannst. Doch beachte: Je größer der Neigungswinkel, desto größer müssen auch die Abstände der Modulreihen sein, um der Eigenverschattung entgegenzuwirken.

Eine effektive Möglichkeit, den Ertrag von Photovoltaikmodulen zu erhöhen, besteht darin, sie je nach Dachsituation doppelseitig in Ost-West-Ausrichtung aufzuständern. Hierbei werden die Module kopfwärts gegeneinander gelehnt und so ausgerichtet, dass eine Fläche nach Westen und die andere nach Osten zeigt.

Diese Art der Aufständerung bietet den entscheidenden Vorteil, dass die Dachfläche dichter mit Modulen belegt werden kann – auch wenn der Ertrag eines einzelnen Moduls gegenüber der Süd-Ausrichtung etwas geringer ist. Im Endeffekt kann dies jedoch zu einem höheren spezifischen Ertrag führen und somit zu einer besseren Wirtschaftlichkeit der Photovoltaikanlage beitragen.

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 Reinigungskraft von Regen und Schnee. Bei einem hohen Neigungswinkel reicht der normale Niederschlag in der Regel aus, um Staub und Schmutz von den Modulen abzuspülen und sie sauber zu halten.

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.

Lebst du in einem Haus und möchtest die Photovoltaikanlage auf deinem Dach nachrüsten? Dann ist der Grad der Dachneigung schon vorgegeben. Normalerweise ist es nicht notwendig, den Winkel eines Schrägdaches für die Photovoltaikanlage anzupassen. Der Aufwand für die Montage einer zusätzlichen Aufständerung ist sehr hoch und lohnt sich in der Regel nicht. Lediglich bei Flachdächern wird eine spezielle Unterkonstruktion für einen optimalen Winkel nötig.

Bei der Planung eines Neubaus kann die für den Einsatz der Photovoltaikanlage optimale Dachneigung jedoch von vorneherein geplant und angepasst werden. Die genaue Gestaltung, Firstrichtung und Neigung des Daches werden durch die Festlegungen im örtlichen Bebauungsplan geregelt. Hier kannst du dir verschiedene Möglichkeiten von unseren Experten anbieten lassen.

Der Neigungswinkel ist nur einer von vielen Faktoren, die Einfluss auf den Ertrag deiner Solaranlage haben. Gleichzeitig ist er aber einer der wichtigsten Faktoren, denn er beeinflusst die Erzeugung von Solarenergie.

In diesem Artikel haben wir gezeigt, dass es den einen „perfekten“ Neigungswinkel für eine ideale Ausbeute aus einer Photovoltaikanlage nicht gibt. Der perfekte Photovoltaik-Neigungswinkel ist daher genau der Winkel jenes Daches, das zur Verfügung steht. Denn ein Haus mit Schrägdach oder mit Flachdach und aufgeständerten Modulen ermöglicht meist einen ordentlichen Ertrag deiner Solaranlage.

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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. Die Südausrichtung gilt als optimal und hat den Azimutwinkel von 0 Grad.

Übrigens: Immer noch gibt es den weitverbreiteten Irrglauben, dass eine optimale Ausrichtung von Photovoltaikanlagen nur nach Süden rentabel sei. Jedoch hat die Praxis gezeigt, dass Abweichungen von dieser "optimalen" Ausrichtung nur einen geringfügigen Einfluss auf den Ertrag haben.

Von der als optimal angesehenen Südausrichtung aus reicht die Ausrichtung auf der einen Seite nach Osten (Azimutwinkel: -90 Grad) bis zur anderen Seite nach Westen (Azimutwinkel: +90 Grad).

Die Abweichungen von einem Azimutwinkel von 0° haben jedoch einen viel kleineren Einfluss auf den Ertrag als gemeinhin angenommen wird. Denn tatsächlich sind Abweichungen von 20 Grad nach Osten (-20°) oder Westen (+20°) bei dem Ertrag kaum feststellbar.

Kleine Ertragseinbußen zeigen sich bei sogenannter suboptimaler Ausrichtung, zum Beispiel nach Südwest oder Südost (+/-45 Grad). Aber auch hier können – bei entsprechendem Neigungswinkel – durchaus noch Erträge von bis zu 95 Prozent des maximal möglichen Ertrags erzielt werden. 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.

Bei Photovoltaik auf einem Flachdach kann nicht nur der Neigungswinkel der Solarmodule mithilfe einer Aufständerung frei gewählt werden, sondern auch ihre Ausrichtung. Um die maximale Anzahl an Sonnenstunden zu nutzen, wird häufig eine Ost-West-Ausrichtung mit niedrigem Neigungswinkel gewählt.

Sie hat den Vorteil, dass sich die Solarmodule wechselseitig anordnen lassen, sodass die Dachfläche insgesamt effizienter genutzt werden kann. Je nach Größe können bis zu 40 Prozent mehr Module in Ost-West-Ausrichtung auf einem Flachdach installiert werden als in Südausrichtung. Im direkten Vergleich ist der Nutzen, also der erzielte Ertrag, bei einer größeren Anzahl Solarmodule größer als bei einer geringfügig anderen Ausrichtung der PV-Module.

Grundsätzlich gilt die Südausrichtung als optimal für die Installation von Photovoltaik-Anlagen. Doch auch mit anderen Ausrichtungen lassen sich mit einem entsprechend optimierten Neigungswinkel der Solarmodule sehr gute Erträge erzielen.

Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Solarmodule und ihrer zunehmenden Leistungsstärke stellen Photovoltaik-Anlagen eine ebenso umweltfreundliche wie rentable Lösung der Energieerzeugung dar. Dies gilt umso mehr, je genauer die Planung und Installation der Anlage auf die äußeren Gegebenheiten und das individuelle Verbrauchsverhalten der Eigentümer abgestimmt wird.