Balkonkraftwerk – Die richtige Ausrichtung

Um die Effizienz deines Balkonkraftwerks zu steigern, kannst du versuchen verschiedene Parameter zu beeinflussen. So kannst du bereits beim Kauf auf effiziente Bauteile achten, deinen eigenen Stromverbrauch optimieren und im Betrieb dein Kraftwerk regelmäßig warten und reinigen. In einem früheren Blogpost haben wir dir bereits vier Tipps zur Effizienzsteigerung von Balkonkraftwerken gegeben. Der wohl wichtigste Parameter, um die Effizienz deines Balkonkraftwerks zu beeinflussen ist der Neigungswinkel bzw. die Ausrichtung der Module. Welche Ausrichtung optimal ist und wie wichtig der richtige Neigungswinkel für maximale Stromerzeugung ist, erklären wir in diesem Blogpost.

Südausrichtung ist ideal

Photovoltaikmodule erzeugen Strom am effizientesten wenn sie möglichst senkrecht von der Sonnenstrahlung beschienen werden. Richtest du deine Module nach Süden aus, kannst du folglich während der sonnenreichsten Stunden des Tages die hohe Effizienz der Module nutzen, die von der im Süden stehenden Sonne beschienen werden. Wenn du eine Fläche oder Balkon zur Verfügung hast, der Richtung Süden ausgerichtet ist, macht es also Sinn dein Balkonkraftwerk dort zu montieren, um eine optimale Stromausbeute zu erreichen. Hierbei solltest du allerdings beachten, dass mittags, wenn deine Anlage den meisten Strom erzeugt, tendenziell am wenigsten Strom verbraucht wird. Um diesen erzeugten Strom nicht zu verschenken kann es deshalb sinnvoll sein entweder deinen Stromverbrauch so anzupassen, dass du den erzeugten Strom am Mittag direkt verbrauchst, oder alternativ einen Stromspeicher zu kaufen, der den überschüssigen Strom speichern und am Abend oder Nachts einspeisen kann.

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Ost-West-Ausrichtung als gute Alternative

Wenn du keine, nach Süden ausgerichtete Fläche zu Verfügung hast, kannst du dein Balkonkraftwerk auch in Ost-West-Richtung ausrichten. Ideal wäre hier z.B. ein Modul nach Osten und das andere nach Westen ausgerichtet zu montieren. So kannst du morgens die ersten Sonnenstrahlen der im Osten aufgehenden Sonne einfangen und Strom erzeugen, während die untergehende Sonne dein nach Westen ausgerichtetes Modul am Abend Strom erzeugen lässt. Der Vorteil dieser Ausrichtung liegt darin, dass du den meisten Strom morgens und abends erzeugst, wenn auch tendenziell der Verbrauch höher ist. Allerdings hast du im Vergleich zur reinen Südausrichtung eine niedrigere Stromausbeute. Je nach Art der installierten Module und anderen Bedingungen wie Verschattung, kannst du mit der Ost-West-Ausrichtung eine Stromausbeute von ca. 80 % der reinen Süd-Ausrichtung erreichen.

Der richtige Neigungswinkel

Wie bereits beschrieben, sind PV-Module besonders effizient, wenn die Sonnenstrahlung möglichst senkrecht auftrifft. So können z.B. in der Nähe des Äquators PV-Module waagerecht installiert werden, während die Module in Deutschland für optimale Performance schräg montiert werden sollten. Der optimale Neigungswinkel hängt jeweils vom Breitengrad des Montageorts ab. Eine allgemeine Faustregel um den optimalen Neigungswinkel (Winkel zwischen Modul und dem Boden bzw. einer Horizontalen Linie) zu bestimmen ist:

β opt= φ ± 15°

wobei φ der Breitengrad des Montage-Orts ist. Die 15° werden je nach Jahreszeit addiert oder abgezogen. Im Sommer, wenn die Sonne steiler steht werden die 15° abgezogen, während sie im Winter zum Breitengrad hinzugezählt werden. Diese Regel ist sehr verbreitet stellt allerdings eine ziemlich starke Vereinfachung dar, was sich auch dadurch zeigt, dass es verschiedene Studien gibt die andere Faustregeln oder viel komplexere Berechnungen aufstellen. Was du für dein Balkonkraftwerk aus den verschiedenen Studien lernen kannst, ist die Tatsache, dass der optimale Neigungswinkel von deinem Breitengrad abhängt und sich über das Jahr verändert, da Sonne im Sommer höher und im Winter niedriger steigt. In Norddeutschland müssten Module also steiler montiert werden als im Süden, wobei in beiden Fällen die Module im Sommer flacher und im Winter steiler stehen sollten.

Neigungswinkel – wie wichtig ist er?

Zur Bestimmung des idealen Neigungswinkels von PV-Modulen gibt es verschiedene wissenschaftliche Studien, die versuchen den Winkel möglichst exakt zu bestimmen. Oft handelt es dabei um theoretische Berechnungen, deren Übereinstimmung mit experimentellen Daten einzelner Orte überprüft wird.  Allerdings liegt den Berechnungen oft die Annahme zu Grunde, dass ideale Bedingungen für die PV-Anlage vorliegen und die Module frei positioniert werden können. Beide Punkte sind aber vor allem bei Balkonkraftwerken nicht unbedingt gegeben. Denn die Positionierung und Ausrichtung von Balkonkraftwerken richtet sich immer nach den baulichen Gegebenheiten, was z.B. auch zu nicht idealen Bedingungen, wie Teilverschattung zu bestimmten Tageszeiten führen kann. Eine Studie, die dagegen auch für Balkonkraftwerke im Zusammenhang mit dem Neigungswinkel interessant ist, wurde 2020 mit dem Titel „Are the optimum angles of photovoltaic systems so important?“ veröffentlicht. Hier wurde anhand verschiedener PV-Installationen untersucht, wie stark der Neigungswinkel vom Optimum abweichen kann, ohne die Grenze von 95 % der optimalen Stromerzeugung zu unterschreiten. Es wurde festgestellt, dass der Rahmen, in dem sich der Neigungswinkel der Module bewegen kann, ohne die Grenze zu unterschreiten, in allen Fällen größer als 36° war. Vereinfacht gesagt hat man also einen Spielraum von minus 18° bis plus 18° im Vergleich zum optimalen Winkel, in dem man immer noch 95 % der Stromausbeute erreicht. Die Grafik aus der Studie zeigt beispielhaft verschiedene PV-Installationen die alle innerhalb der 95 %-Grenze liegen. Wobei auch der Azimuth-Winkel, also die Ausrichtung in den Himmelsrichtungen berücksichtigt wird.

Neigungswinkel saisonal anpassen – notwendig?

Wie bereits beschrieben, ändert sich der optimale Neigungswinkel auch mit den Jahreszeiten. Im Sommer, bei höher steigender Sonne können die Module flacher stehen, während sie im Winter steiler montiert werden sollten. Allerdings haben wir im vorigen Abschnitt gelernt, dass auch bei relativ großen Abweichungen vom Optimum noch 95 % der optimalen Stromerzeugung erreicht werden kann. Eine Studie die mit Modulen in Hannover durchgeführt wurde, stellt beispielsweise fest, dass ein ganzjähriger Winkel, der eher dem Sommeroptimum entspricht zu einem Verlust von nur ca. 6 % der optimalen Stromerzeugung führt.  Vor allem im Hinblick auf die relativ geringe Stromerzeugung von Balkonkraftwerken, lohnt sich die regelmäßige Anpassung des Neigungswinkels der Module, unserer Meinung nach nicht.

Bildquelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1364032120300873

Der Vollständigkeit halber möchten wir trotzdem erwähnen, dass man durch saisonale Anpassung des Neigungswinkels die Effizienz einer PV-Anlage steigern kann. So hat zum Beispiel eine Studie in Saudi Arabien festgestellt, dass eine Anpassung des Winkels 6-mal pro Jahr zu einer Ausbeute von 99,5 % im Vergleich zum Optimum ergibt, was einer Steigerung von ca. 7 % im Vergleich zu einer Anlage mit festem Winkel das ganze Jahr über entspricht.

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Fazit – Sicherheit geht vor

Insgesamt lässt sich sagen, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, den optimalen Neigungswinkel für die Module deines Balkonkraftwerks zu bestimmen. Als einfache Faustregel empfehlen wir, den Breitengrad des Installationsortes der Module als Neigungswinkel zu nehmen. Der Spielraum der möglichen Neigungswinkel, um nicht unter 95% der Optimalleistung zu fallen, ist hierbei mit 36° sehr groß.

Allerdings richtet sich der Neigungswinkel auch maßgeblich nach den Begebenheiten vor Ort und der Art der Montage. Vor allem bei der Montage an Balkongeländern, Flachdächern und Wänden solltest du die Module lieber etwas flacher montieren, um die Windangriffsfläche zu reduzieren.

Ebenso empfehlen wir die Module nicht zu flach zu montieren (z.B. komplett waagerecht), da sich hierbei Schmutz sehr viel einfacher ablagern kann und den Ertrag merklich verringert. Ideal ist ein Neigungswinkel von mindestens 10° bis 15°, da ab dieser Neigung ein Selbstreinigungseffekt einsetzt. Der Schmutz wird hierbei größtenteils durch Regen abgewaschen.

Für weitere Tipps lies gerne unseren Blogbeitrag zur Montage unserer Balkonkraftwerke.

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