PV-Leistung und Dachausrichtung

Sie geben die installierte PV-Leistung in kWp ein, jeweils getrennt nach Dachausrichtung. EnergyFlow berechnet daraus kWh, indem es das Wetter an Ihrem Standort Stunde für Stunde simuliert. Die Leistung ist eine Eingabe. Die Jahresenergie ist ein Ergebnis.

Was bedeutet kWp?

kWp, Kilowatt peak, ist die Leistung, die der Hersteller für die Anlage unter Standardprüfbedingungen angibt: 1.000 W Sonnenstrahlung pro Quadratmeter Modulfläche bei einer Modultemperatur von 25 °C. Der Wert steht im Angebot, zum Beispiel „eine Anlage mit 6 kWp“. Auch das PVGIS-Handbuch der Europäischen Kommission verwendet diese Definition. Die Dachfläche wird nicht eingegeben. Der Modulwirkungsgrad steckt bereits im kWp-Wert. Ihn noch einmal anzuwenden würde ihn doppelt zählen.

Ihre Eingaben

Im Schritt „Anlagen“ sehen Sie Ihr Haus mit dem Dach aus Ihrer Hausbeschreibung (flach oder geneigt und mit der angegebenen Drehung). Auf jeder der vier Hauptrichtungen (Nord, Ost, Süd, West) können Module liegen. Sie geben jeweils zwei Werte ein:

• Installierte Leistung in kWp.
• Modulneigung, also der Winkel zur Waagerechten, von 0° (flach) bis 90° (senkrecht).

Bei einem geneigten Dach entspricht die Neigung dachparallel montierter Module der Dachneigung. Auf einem Flachdach geben Sie den Winkel des Modulgestells ein. Bei einer Richtung ohne Leistung gibt es dort keine Module.

Der Assistent zeigt auch die tatsächliche Himmelsrichtung jeder Dachseite an. Dazu wird die Planrichtung mit der Drehung des Hauses verrechnet. Bei einem um 30° gedrehten Haus liegt die als „Ost“ bezeichnete Seite auf 120°. Das Modell nennt diesen Winkel Azimut: die Richtung, in die die Module zeigen, in Grad im Uhrzeigersinn ab Norden. 90° bedeutet Osten, 180° Süden und 270° Westen. Sie müssen den Winkel nicht selbst eingeben. Pro Dachseite sind bis zu 50 kWp möglich, insgesamt bis zu 100 kWp. Drei Schaltflächen bieten eine Ausgangsbelegung: Süd, Ost und West oder keine PV. Danach können Sie die Werte ändern.

Jeder gespeicherte Lauf behält seine eigene Dachbelegung. Sie können daher eine Dachseite ändern und beide Läufe vergleichen.

So wird die Erzeugung berechnet

Für jede Stunde verwendet das Modell die Sonneneinstrahlung aus derselben Wetterdatei wie die thermische Simulation: direkte Strahlung, vom Himmel gestreutes diffuses Licht und die Gesamtstrahlung. Für jede Dachseite berechnet es dann:

1. Es berechnet den Sonnenstand für Ihren Breitengrad, Ihren Längengrad und Ihre Höhe.
2. Es ermittelt, wie viel Licht auf die geneigten Module fällt. Direktes Sonnenlicht wird nach dem Winkel zwischen Sonne und Modul gewichtet: Frontal einfallendes Licht zählt voll, ein streifender Strahl weniger. Für diffuses Licht wird das Perez-Driesse-Modell verwendet, ein Standardverfahren zur Verteilung des Himmelslichts auf eine geneigte Fläche, und der Boden reflektiert 20 % des auftreffenden Lichts.
3. Es schätzt, wie warm die Module werden, aus dem Sonnenlicht auf ihnen, der Lufttemperatur und der Windgeschwindigkeit in der Wetterdatei. Es nutzt das Faiman-Modell, das auch das PVGIS-Werkzeug der Europäischen Kommission verwendet, mit den PVGIS-Koeffizienten für Module, die auf einem Dach mit belüftetem Spalt dahinter montiert sind.
4. Es skaliert das auf Ihre Leistung: Die DC-Leistung (Gleichstrom, was die Module erzeugen) ist die installierte Wp mal das Sonnenlicht auf den Modulen (in Watt pro Quadratmeter) geteilt durch 1.000, mal einem Temperaturfaktor, mal eins minus dem Verlustfaktor. Der Temperaturfaktor zieht 0,29 % für jedes Grad ab, um das die Module wärmer als 25 °C sind, den Temperaturkoeffizienten zweier aktueller TOPCon-Moduldatenblätter, und gibt an einem kalten, sonnigen Tag etwas dazu.
5. Es multipliziert mit dem Wechselrichterwirkungsgrad und erhält die AC-Leistung, den Wechselstrom, den Ihr Haus nutzt.

Der Verlustfaktor oder die Systemverluste decken alles zwischen der Nennleistung des Moduls und dem Wechselrichter ab: Schmutz auf den Modulen, Verkabelung und einen pauschalen Ansatz für Verschattung. Es ist keine Verschattungsberechnung. Der Standard beträgt 18 % pro Dachrichtung, und der Assistent lässt Sie ihn nicht ändern. Der Wechselrichterwirkungsgrad ist der Anteil des Gleichstroms, der als Wechselstrom herauskommt. Der Wechselrichter, das Gerät, das das eine in das andere umwandelt, verliert einen Teil als Wärme. Der Standard ist 0,96, also 96 %, und auch ihn lässt der Assistent nicht ändern. Zusammen entfernen Verlustfaktor und Wechselrichterwirkungsgrad bei voller Teststrahlung etwas mehr als ein Fünftel der Leistung. Die Modultemperatur kommt noch hinzu. Im typischen Jahr für Luxemburg verliert eine nach Süden gerichtete Dachanlage mit 30° Neigung dadurch etwa 2 % ihres Jahresertrags (1.105 gegenüber 1.083 kWh pro kWp), das meiste davon von Juni bis August, während der Winterertrag leicht steigt.

Das Ergebnis ist die Wechselstromerzeugung für jede Stunde des Jahres. Die Erzeugung aller Dachseiten wird addiert, bevor der Strom die Batterie, das Haus und das Netz erreicht.

Warum Ost und West den Tagesverlauf verändern

Module fangen am meisten Licht auf, wenn die Sonne möglichst senkrecht auf sie scheint. Am Morgen steht die Sonne im Osten, mittags im Süden und am Abend im Westen. Ein nach Süden ausgerichtetes Dach erreicht daher etwa um die Mittagszeit seinen Höchstwert und liefert früh und spät am Tag wenig. Eine Ostseite hat ihren Höchstwert am Morgen, eine Westseite am Nachmittag. Das Modell berechnet jede Dachfläche einzeln. Eine Aufteilung nach Ost und West ergibt deshalb zwei kleinere Kurven mit unterschiedlichen Höchstzeiten statt einer einzelnen hohen Kurve.

Bei gleicher Gesamtleistung erzeugt die Ost-West-Kombination meist einen flacheren Tagesverlauf als eine Südanlage: weniger zur Mittagszeit und mehr am frühen Morgen und am Abend. Das passt zu einem Haus mit Verbrauchsspitzen morgens und abends, weil dann mehr PV-Strom zur Verfügung steht und die Batterie weniger Mittagsüberschuss aufnehmen muss. Auch die Jahresenergie je kWp hängt von Ausrichtung und Neigung ab. EnergyFlow berechnet sie für Ihren Standort. Vergleichen Sie zwei Läufe mit derselben Gesamtleistung, um den Effekt zu sehen.

Grenzen des Modells

• Jede Anlage wird als Dachanlage mit belüftetem Spalt behandelt, mit einem Temperaturkoeffizienten (wie stark die Leistung sinkt, wenn sich ein Modul erwärmt) von -0,29 % pro Grad. Der Assistent lässt Sie keins von beiden ändern. Freistehende Gestelle laufen kühler, und PERC-Module mit etwa -0,35 % pro Grad verlieren im Sommer etwas mehr.
• Es gibt kein Schwachlichtverhalten, und der Verlustfaktor gilt in jeder Stunde gleich.
• Der Wechselrichter kann die Leistung nicht begrenzen, wenn er kleiner ist als die Erzeugungsspitze. EnergyFlow fragt nicht nach seiner Leistung. Eine große Anlage an einem kleinen Wechselrichter wird daher nicht abgeregelt.
• Schatten von Bäumen, Nachbargebäuden und Schornsteinen wird nicht berechnet. Er ist nur im allgemeinen Verlustansatz enthalten.
• Das Wetter liegt in Stundenwerten vor. Kurze Leistungsspitzen, wenn Wolken vorbeiziehen, werden deshalb gemittelt.
• Die Module in der Dachansicht sind symbolisch. Die Abbildung prüft nicht, ob Ihre kWp-Leistung tatsächlich auf das Dach passt.
• Schneebedeckung und Alterung der Module über die Jahre werden nicht modelliert.