Balkonkraftwerk ausrichten: Die Anleitung für maximale Erträge

Du willst wissen wie man ein Balkonkraftwerk ausrichten muss?

Du fragst dich, wie du dein Balkonkraftwerk positionierst um den maximalen Ertrag zu erzielen?

Dann bist du hier genau Richtig!

Hier erfährst du alles, was du wissen musst, um über das ganze Jahr hinweg den maximalen Sonnenstrom zu erzeugen.Balkonkraftwerk ausrichten Titelbild

Und das Beste daran:

In diesem Artikel lernst du nicht nur, wie du dein Balkonkraftwerk ausrichten musst, sondern auch welche Faktoren die Leistung deines Balkonkraftwerks maßgelblich beeinflussen.

Hört sich gut an?

Dann auf gehts…

Inhaltsverzeichnis

1. Die Globalstrahlung

Wie viel Strom ein Balkonkraftwerk erzeugen kann, hängt zu allererst von der jährlichen Globalstrahlung ab.

Die Globalstrahlung ist die gesamte an der Erdoberfläche, auf einer horizontalen Ebene auftretende Sonnenstrah­lung und setzt sich zusammen aus

  • der direkt eintreffenden Solarstrahlung – der sogenannten Direktstrahlung
  • und der kurzwelligen Diffusstrahlung, welche die Erdoberfläche über Streuung durch Wolken, Wasser- und Staubteilchen erreicht.

In der Realität sieht das ganze so aus…

Globalstrahlung einfach erklärt

In Deutschland schwankt die Globalstrahlung zwischen 1.000 – 1.300 kWh / m2 pro Jahr, abhängig von der jeweiligen Region.

Diese Daten werden innerhalb Deutschland vom Deutschen Wetterdienst (DWD) erhoben und veröffentlicht.

Auf der folgenden Karte siehst du die durchschnittliche Globalstrahlung von 1991 – 2020 in Deutschland.

Globalstrahlung in Deutschland, Mittlere Jahressummer von 1991-2020

Für das Ausrichten deines Balkonkraftwerks ist die exakte Globalstrahlung an deinem Standort vorerst nicht relevant.

Wichtig ist nur, dass du in diesem Zusammenhang die Grundlagen der Solarstromerzeugung verstehst.

Das die Globalstrahlung innerhalb Deutschlands variiert und somit die Solarstromerträge von Region zu Region trotz gleicher Ausrichtung unterschiedlich sein können.

Deine Aufgabe als Balkonkraftwerk-Betreiber ist es nun, die maximal mögliche Globalstrahlung an deinem Standort in Strom zu verwandeln.

Dies erzielst du, mit der Ausrichtung in die richtige Himmelsrichtung…

2. Die ideale Himmelsrichtung

Ein tägliches Phänomen unseres Sonnensystems ist der Sonnenauf- und Sonnenuntergang.

Dieser entsteht durch die Erdrotation, also die Drehung der Erde um die eigene Achse und verläuft von Ost nach West.

Wobei eine ganze Umdrehung 24 Stunden dauert.

Hinzukommt, dass die Erde eine Neigung von 23,4° zur Sonne hat.

Dadurch erreicht die Sonne auf der Nordhalbkugel im Süden ihren Höchststand und auf der Südhalbkugel im Norden.

Wie du auf der folgenden Grafik sehen kannst….

Darstellung der Erdneigung im Zusammenhang mit der Sonneneinstrahlung

Aufgrund dieser astronomischen Gegebenheit sind auf der Nordhalbkugel in südlicher Richtung stets die meisten Sonnenstunden zu verzeichnen.

Demzufolge erzielt man den meisten Erträge, wenn man ein Balkonkraftwerk exakt nach Süden ausrichtet.

Aber die Ausrichtung in die richtige Himmelsrichtung ist nur die halbe Miete…

Denn ein weiterer wesentlicher Einflussfaktor auf den Ertrag deines Balkonkraftwerks ist der Einfallswinkel der Sonne auf die Solarmodule.

Lass uns deswegen im nächsten Schritt den Einstrahlunswinkel der Sonne genauer unter die Lupe nehmen…

3. Der Sonnen-Einstrahlungs-Winkel

Die Solarmodule deines Balkonkraftwerks erzeugen den höchsten Ertrag, wenn das Sonnenlicht in einem Winkel von 90° auf die Module trifft.

Der Winkel in welchem die Sonne auf die Erde strahlt wird Sonneneinstrahlungswinkel genannt.

Dieser Winkel gibt an, wie hoch die Sonne zu einer bestimmten Zeit über dem Horizont steht und wie schräg die Strahlung auf die Erde trifft.

Da unsere Erde in einem Winkel von 23,4 Grad zur Sonne steht.

Und die Erde sich nicht nur um sich selbst dreht, sondern auch im Laufe des Jahres einmal um die Sonne.

Verändert sich auch der Winkel, in welchem die Sonne auf die Erde strahlt.

Wie die nachfolgende Grafik verdeutlicht…

Sonneneinstrahlungswinkel-Jahresverlauf

In unseren Breitengraden erreicht die Sonne zur Sommersonnenwende am 21. Juni um 12 Uhr den höchsten Sonneneinstrahlungswinkel von 62,5°.

Der niedrigste Sonneneinfallswinkel ist am 21. Dezember um 12 Uhr, zur sogenannten Wintersonnenwende und beträgt 15,5°.

In der Mitte der beiden Punkte, bei 39° liegt die Tag-und-Nacht-gleiche. An diesen beiden Tagen, nämlich am 21. März und 21. September (exaktes Datum variiert pro Jahr) erleben alle Orte auf der Erde genau 12 Stunden Tag und 12 Stunden Nacht.

Um über das ganze Jahr hinweg den maximalen Sonnenstrom zu erzeugen, ist es am effizientesten, die Solarmodule deines Balkonkraftwerks in einem Winkel von 30° aufzustellen.

Damit erzielst du, dass die Sonne im Laufe des Jahres in einem maximalen Winkel von 45,5° bis 92,5° auf die Solarmodule strahlt.

Außerdem stellst du somit eine effektive Nutzung der direkt Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr hinweg sicher.

4. Jahresverlauf der Sonne

Zusammenfassend lässt sich somit sagen…

Im Verlauf eines Tages ändert sich der Sonnenstand aufgrund der Erdrotation und im Laufe eines Jahres verändert sich der Sonnenstand aufgrund des Umlaufs der Erde um die Sonne.

In der Astronomie hält man diese Beobachtung in einem Sonnenstandsdiagramm fest.

Welches wie folgt aussieht…

Sonnenstandsdiagramm 49° Nord

Die Ausrichtung zur Sonne wird in der Astronomie als Azimut bezeichnet.

Der Höhenwinkel, in unserem Fall der Sonneneinstrahlungswinkel wird im Diagramm mit „Höhe“ abgekürzt.

Die bogenartigen Linien stellen den Verlauf der Sonne über das Jahr hinweg dar.

Die mit „h“ beschrifteten Querlinien repräsentieren die Tageszeiten.

Dieses Diagramm machen wir uns nun zu nutze, um die optimale Ausrichtung deines Balkonkraftwerks zu bestimmen…

5. Balkonkraftwerk optimal ausrichten

Wie auf dem Diagramm zu sehen, hat man bei einem Azimut von -+40° um den Süden das ganze Jahr die meisten Sonnenstunden.

Soll dein Balkonkraftwerk nun den maximalen Strom erzeugen, so muss die Ausrichtung genau nach Süden (Azimut 0°) mit einem Neigungswinkel von 30° ausgerichtet sein.

Die folgende Übersicht fasst die Erkenntnis aus dem Sonnenstanddiagramm noch einmal zusammen…

Aus dieser kannst du nun die prozentuale Ertragserwartung gegenüber der optimalen Ausrichtung ablesen…

Übersicht prozentuale Ertragserwartung gegenüber optimaler Balkonkraftwerk Ausrichtung

Aus der Grafik lässt sich außerdem ableiten, dass mit zunehmender Abweichung von der Südausrichtung ein flacherer Neigungswinkel zu höheren Erträgen führt.

Denn bei einem flacherem Winkel wird morgens und abends etwas früher und später Sonnenenergie geerntet.

Damit verteilt sich die Erzeugung etwas breiter über den Tag.

Außerdem wirkt sich ein geringerer Neigungswinkel in der Sommerzeit positiv aus.

Bei einem Neigungswinkel von 90° erhält man auch bei einer Südausrichtung nur mäßige Ergebnisse.

Jedoch sorgt ein höherer Neigungswinkel im Winter für bessere Erträge.

Mit diesem Wissen weißt du nun, wie du dein Balkonkraftwerk ausrichten musst, und kannst die zu erwartenden Erträge für die jeweilige Ausrichtung kalkulieren.

6. Einflussfaktoren

Damit du die maximale Leistung auch dauerhaft aus deinem Balkonkraftwerk holst, solltest du in deiner Planung auch wesentliche Einflussfaktoren berücksichtigen…

6.1. Verschattungen

Verschattungen beeinträchtigen den Stromertrag von Solarmodulen erheblich und können sogar zu Schäden an einzelnen Solarzellen durch sogenannte Hot-Spots führen.

Bei der Planung des Standorts für dein Balkonkraftwerk ist es deswegen besonders wichtig, dass die Solarmodule möglichst das ganze Jahr über ohne Verschattung auskommen.

Achte bei deinem Standort deshalb auf folgende Kriterien:

  • Verschattungen durch Objekte wie benachbarte Gebäude, Bäume, Sträucher, usw.
  • Mögliche zukünftige Verschattungen durch wachsende Bäume oder neue Bauwerke in der Umgebung.
  • Der Jahresverlauf der Sonne: Aufgrund des niedrigen Sonnenstands im Winter werden Schatten länger. Daher ist es besonders in den Wintermonaten wichtig, die geplante Fläche zu verschiedenen Tageszeiten zu überprüfen.

6.2. Verschmutzungen

Im Laufe der Zeit verschmutzen Solarmodule durch die unterschiedlichen Umwelteinflüsse.

Leichte Verschmutzungen werden in der Regel durch Regen bei ausreichender Modulneigung heruntergespült.

Bei flacher Neigung unter ca. 30° baut der Schmutz sich an den Modulkanten stärker auf und wird auch bei Starkregen nicht mehr vollständig abgespült.

Wie auf dem folgenden Bild zu sehen

Solarpanel verschmutzt vs. gereinigt

Durch die Verschmutzung gelangt weniger Licht an die Solarzellen, was zu einer Ertragsminderung und längerfristig zu Schäden an den Modulen führen kann.

Eine intervallartige Reinigung der Solarmodule hängt immer vom Grad der Verschmutzungen, der Ertragsminderung und der Zugänglichkeit ab.

Generell kann man dennoch sagen, dass eine regelmäßige Reinigung der PV-Module für eine zuverlässige Stromproduktion sorgt und zur Verlängerung der Lebensdauer beiträgt.

6.3. Wärme

Hohe Sonneneinstrahlung geht immer mit einer starken Erwärmung von Solarzellen einher.

Solarzellen sind Halbleiter, die ihren Innenwiderstand bei Temperaturschwankungen ändern.

Dies hat Einfluss auf den Stromertrag. Bei einem Temperaturanstieg auf über 60 Grad Celsius kann die Leistungsreduzierung 10 – 20 % betragen.

Dadurch ist es möglich, an sonnigen Frühlingstagen im Mai höhere Leistungen zu erziel, als an besonders heißen Sommertagen.

Dennoch ist der Tagesstromertrag im Sommer durchschnittlich größer, da mehr Sonnenstunden dazu beitragen können.

Die Leistungseinbußen durch Hitzeeffekte liegen aber insgesamt in der Größenordnung von etwa 5 % im Jahr.

Alle anderen Einflüsse auf den Stromertrag wie beispielsweise durch das Wetter sind deutlich größer, weswegen die Hitzeeffekte oftmals zu vernachlässigen sind.

Achte aber darauf, das der Microwechselrichter nicht direkten Sonneneinstrahlungen ausgesetzt ist.

Denn wenn dieser seine Wärme nicht abgeben kann reduziert er zum Eigenschutz seine Leistung (Derating).

6.4. Schnee

In einigen Regionen und abhängig von der Anbringung deines Balkonkraftwerks können die Solarmodule häufig für mehrere Wochen mit Schnee bedeckt sein.

Je nach Erreichbarkeit könnte es sinnvoll sein, die Solarmodule vom Schnee zu befreien. Allerdings sind die Leistungsverluste in den Wintermonaten oft geringfügig, da die Erträge ohnehin geringer sind.

Eine Reinigung sollte daher vor allem erfolgen, um höhere Schneelasten zu vermeiden.

Anwehungen und Schneesäcke können in einigen Fällen punktuelle Belastungen erzeugen, die die zulässigen Flächenlasten der Module überschreiten und somit Schäden verursachen können.

Balkonkraftwerk mit Schnee bedeckt

Wenn jedoch die Schneedecke noch nicht sehr dick ist, treffen energiereiche Sonnenstrahlen auf die Moduloberfläche.

Die Erwärmung führt zur Bildung eines Wasserfilms auf der Moduloberfläche.

Bei ausreichender Neigung (ab etwa 30°) rutscht dann der Schnee nach einiger Zeit selbstständig von den Modulen.

6.4. Alterung

Die Alterung der Komponenten hat zwar nur indirekt was damit zu tun, wie du dein Balkonkraftwerk ausrichten sollst, jedoch ein langfristigen Einfluss auf den Ertrag deines Balkonkraftwerks.

Lass uns deswegen in diesem Zusammenhang auch auf die einzelnen Komponenten eingehen.

6.4.1 Solarmodule

Bei der Alterung von Solarmodulen wird von deren Leistungsminderung im Laufe der Zeit, der sogenannten Degradation gesprochen.

Solarzellen altern durch irreparable kristalline Verhärtungen im Halbleitermaterial, die den Elektronenfluss behindern und zu einem Rückgang des Stromflusses führen.

Die durchschnittliche Degradation bei kristallinen Modulen beträgt etwa 0,1 % pro Jahr.

Die Degradation, wird immer in den in den Datenblättern der Hersteller angegeben.

Entweder mit gestaffelten oder geradlinig verlaufenden Leistungsgarantien von bis zu 30 Jahre.

Vergleich lineare mit gestaffelter Leistungsgarantie von Solarmodulen eines Balkonkraftwerks

Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit deines Balkonkraftwerks solltest du dies berücksichtigen.

Zusätzliche Alterung kann außerdem verursacht werden durch:

  • Verschmutzungen
  • Eintrübungen des Laminats
  • Ablösung des Laminats von den Zellen
  • Verschlechterung der Kontakte bis zum Bruch der Zellverbinder (z.B. durch Temperaturausdehnung oder mechanischen Beanspruchung)
  • Verschlechterung der Isolation durch z.B. Feuchtigkeit, poröse Rückseitenfolie
  • Alterung der Zellen
  • Mechanische Beschädigungen

6.4.2 Wechselrichter

Wettergeschützt installierte Wechselrichter unterliegen dem allgemeinen Alterungsprozess technischer Anlagen.

Ihre Lebensdauer beträgt 10 bis 15 Jahre, abhängig von der richtigen Auslegung und Betriebsumgebung.

Wie bereits erwähnt, solltest du direkt Sonneneinstrahlungen beim Wechselrichter unbedingt vermeiden.

Außerdem sollte ein Wechselrichter nicht direkt im Wasser liegen.

6.4.3 Stromkabel

Stromführende Leitungen sollten nicht direkt der Sonneneinstrahlung oder Feuchtigkeit ausgesetzt sein.

Es empfiehlt sich daher, sie in „witterungsbeständigen Verlegearten“ wie Installationsrohre, abgedeckte Installationskanäle oder geeignete Schächte zu verlegen.

Einige Hersteller von Solarkabeln geben in ihren Datenblättern Informationen zur UV- oder Witterungsbeständigkeit an.

Nicht ordnungsgemäß installierte stromführende Leitungen stellen ein potenzielles Risiko sowohl für Sachwerte als auch für Personen dar.

Daher ist eine fachgerechte Installation von großer Bedeutung.

7. Zusammenfassung

All right.

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Aber hat dir gefallen, oder?

Sehr gut, das freut mich…

Dann hier noch mal kurz zusammengefasst, was wir heute alles gelernt haben…

  1. Die Grundlage der Solarstromproduktion ist die Globalstrahlung
  2. Aufgrund der Erdneigung von 23,4° und der Erdrotation von Ost nach West erreicht die Sonne auf der Nordhalbkugel im Süden ihren Höchststand und auf der Südhalbkugel im Norden.
  3. Der Sonneneinstrahlungswinkel variiert in Deutschland im Verlauf des Jahres aufgrund des Erdumlaufs um die Sonne zwischen 15,5° und 62,5°.
  4. Anhand des Jahresverlaufs der Sonne sollte man bestimmen, wie man ein Balkonkraftwerk ausrichten muss.
  5. Die effektivste Möglichkeit, ein Balkonkraftwerk auszurichten, besteht darin, es exakt nach Süden in einem Winkel von 30° zu positionieren.
  6. Einflussfaktoren wie Verschattungen, Verschmutzungen, Alterungen und Umwelteinflüsse können die Leistung deines Balkonkraftwerks erheblich reduzieren.

So, und jetzt bist du dran.

Ärmel hoch und ab ans Balkonkraftwerk, um maximalen Sonnenstrom zu erzeugen!

Hast du noch Fragen?

Ist noch irgendetwas unklar?

Irgendwas, wofür du gerne noch einen weiteren Tipp hättest?

Dann schreib mir doch kurz wo der Schuh drückt…

Ich freu mich auf dein Kommentar!

Alles Beste

Martin

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