Arten & Ausrichtung der PV-Anlage

Photovoltaik-Anlagen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten eine PV-Anlagen zu betreiben (also den Sonnenstrom zu nutzen) und die PV-Module anzubringen – Bei der Nutzung der vorhandenen Flächen gibt es beinahe keine Grenzen!

Grob lässt sich die energetische Ausführung (Nutzung) der PV-Anlage und Anbringung der PV-Module wie folgt einteilen:

Energetische Ausführung der PV-Anlage

  • Volleinspeiseanlage: PV-Anlage die 100% der erzeugten Energie in das öffentliche Stromnetz einspeist.
  • Eigenverbrauchsanlage: PV-Anlage die zuerst den Strombedarf innerhalb des Gebäudes/der elektrischen Anlage deckt. Die restliche Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist.
  • Inselanlagen: Anlage die nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden. Der Strom wird vor Ort genutzt und muss gegebenenfalls zwischengespeichert werden.

anbringung der pv-module

Folgende Möglichkeiten, die PV-Module anzubringen, stehen mittlerweile zur Verfügung. Laufend kommen neue Anwendungen dazu – der Phantasie sind beinahe keine Grenzen gesetzt!

shutterstock 31933126 C Shutterstock OxfordSquare | Photovoltaik Österreich

PV-Anlage auf Schrägdach

Bei Schrägdächern wird die Ausrichtung des Daches meist direkt übernommen um das Montagesystem einfach zu halten und der Ästhetik des Standorts
entsprechen.

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PV-Anlage auf Flachdach

Bei Flachdächern kann die Ausrichtung der Module frei gewählt werden. Die Dachbefestigungen reichen von Verschraubungen durch die Dachhaut, bis hin zu beschwerten Auflastsystemen.

4 SonnenparkPLUS Wetzikon © ertex solar scaled | Photovoltaik Österreich

Bauwerksintegrierte Photovoltaik

Bei Bauwerkintegrierter-PV (BIPV) übernehmen PV-Module die Funktionen des Daches/der Fassade. Die Module werden dazu entweder in eine dichte Unterkonstruktion eingefügt oder überlappend (wie Dachziegel) angeordnet.

APV Anlage Heggelbach c ISE Fraunhofer | Photovoltaik Österreich

Freistehende PV-Anlage

Freistehende PV-Anlagen werden abseits vom Gebäude errichtet, wie bspw. auf einer Deponie, einem Parkplatz oder auf einer Freifläche.

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PV in der Landwirtschaft
DERE Solar Floating Bomhofsplas 1920x1080 7 | Photovoltaik Österreich

Schwimmende PV-Anlage

Um das Potenzial auf dem Wasser nutzen zu können, werden PV-Anlagen auf Schwimmkörpern montiert. Dadurch sollen Inseln, mit erneuerbarer Energie versorgt werden. Nutzungen wie Baggerseen, die durch Tagebau entstanden sind, oder Stauseen, die bereits jetzt energetisch genutzt werden, werden damit erschlossen.

Solartrain C Ertex | Photovoltaik Österreich

Verkehrsintegrierte PV-Anlage

Im Verkehrsbereich kann PV sehr vielfältig genutzt werden. Sei es auf Lärmschutzwänden, Parkplätzen, Straßenbelägen oder direkt auf den Fahrzeugen.

Ausrichtung der Photovoltaik-Anlage

Die optimale Ausrichtung der PV-Module ist wichtig, um den gewünschten Stromertrag zu erzielen. Dabei kann die „optimale“ Ausrichtung von verschiedenen Faktoren abhängen.

Bei der Ausrichtung von Photovoltaik-Anlagen gibt es zwei verschiedene Winkelbezeichnungen:

Der Azimut

azimut | Photovoltaik Österreich
Der Azimut, dieser Wert gibt den Winkel zwischen Süden und der Modulfläche an.
Quelle 7

Die Neigung

neigung | Photovoltaik Österreich
Die Neigung der Modulfläche, dieser Wert gibt an, wie Steil das Modul aufgeständert ist.
Quelle 8

Die optimale Ausrichtung

Den höchsten Ertrag liefert eine PV-Anlage in Mitteleuropa in etwa bei 30° Neigung und einem Azimut von 0°.
Wird die optimale Ausrichtung der Module als 100% des möglichen Ertrags angenommen – ergibt sich folgendes Bild: (die Zahlen sind Prozentangaben des möglichen Ertrags zur optimalen Ausrichtung). 

Ist die Photovoltaik-Anlage nach Süd-Westen oder Süd-Osten ausgerichtet, so erhält man bei einer optimalen Neigung immer noch 95% des möglichen Ertrags. Eine Fassadenintegrierte Photovoltaik-Anlage erzeugt immerhin noch 70% des Ertrages einer optimal nach Süden ausgerichteten Anlage. 

opt. neig. | Photovoltaik Österreich
Quelle 9
tagesertragsprofil | Photovoltaik Österreich

Theoretisches Tagesertragsprofil einer optimal ausgerichteten Anlage

Diese Abbildung zeigt ein typisches Ertragsprofil, einer nach Süden mit 30° ausgerichteten Photovoltaik-Anlage. Keine Wolken oder sonstige Beeinträchtigungen.

Quelle 10

jahresertragsprofil | Photovoltaik Österreich

Theoretisches Jahresertragsprofil je nach Neigung der Module

Vergleich zwischen zwei Anlagen über ein gesamtes Jahr: In Blau wird der jeweilige Monatsertrag einer 30° aufgeständerten Anlage dargestellt, in Rot der Ertrag einer 60° aufgeständerten Anlage. Die 60°-Anlage hat zwar etwas höhere Erträge im Winter (da die tiefstehende Sonne besser aufgenommen werden kann), im Jahresvergleich ist der Ertrag jedoch um einiges geringer.

Quelle 11

Gründe für eine andere Ausrichtung

Neben dem Bestreben die Modulfläche „optimal“, 30° Neigung, 0° Azimut, auszurichten, gibt es auch gute Gründe, wenn von dieser Ausrichtung abgesehen wird.

Bei Ost-West-Anlagen wird die eine Hälfte der PV-Module nach Osten, und die andere Hälfte nach Westen orientiert. Typischerweise werden ebenfalls sehr geringe Neigungen montiert.
Diese Ausrichtung hat zwar einen Ertragsverlust von etwa 15-20% gegenüber einer nach Süden ausgerichteten PV-Anlage, durch die Montageart können jedoch um einiges mehr Module montiert werden und so die Anlagenleistung auf dem selbem Platz um etwa 40% gesteigert werden. Damit erhöht sich der Stromertrag gegenüber nach Süden ausgerichteten PV-Modulen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das Montagesystem nicht so stark dimensioniert werden muss. Weiters verbessert sich das Ertragsprofil da die Stromerzeugung verstärkt in den Morgen- und Nachmittagsstunden stattfindet, und die Erzeugungsspitze zu Mittag reduziert wird.

Der Eigenverbrauch kann damit oftmals zusätzlich angehoben werden.

 

untersch. ausricht. | Photovoltaik Österreich

Quelle 12

PV-Anlage mit bifazialen Modulen

Bifaziale Module können auf der Vorder- aber auch auf der Rückseite des Moduls, Sonnenstrahlung in Strom umwandeln. Dazu werden speziell gefertigte PV-Zellen, in Glas-Glas Modulen verwendet.

Der Vorteil dieser Module ist, dass ein deutlicher Mehrertrag durch den Albedo-Effekt gewonnen wird, wenn Strahlung von der Erdoberfläche zurückreflektiert wird (bspw. Schnee reflektiert bis zu 90% der Strahlung zurück, klassischer Rasen reflektiert zwischen 18% und 25%, Wasser reflektiert weniger als 10% zurück).

Bifaziale Module haben weiters den Vorteil, dass sie senkrecht aufgestellt und nach Ost-West ausgerichtet werden können. Diese Anlagen sind so konzipiert, dass in den Morgen- und Abendstunden zwei Erzeugungsspitzen erzeugt werden, anstatt einer um die Mittagszeit – die Anlagen haben somit ein Photovoltaik-untypisches Erzeugungsprofil. Damit kann der Eigenverbrauch gezielt am Vor- und Nachmittag angehoben werden. Diese Anlagen werden bspw. als Zaun oder auf landwirtschaftlichen Flächen eingesetzt.

2020 01 13 Bifaziales Modul | Photovoltaik Österreich
Quelle 13
2020 01 10 Bifaziales Modul Funktion | Photovoltaik Österreich
Quelle 15
untyp. erzeugungsprofil | Photovoltaik Österreich
In Blau: Das Erzeugungsprofil einer klassischen PV-Anlage. In Orange: Das Erzeugungsprofil einer bifazialen Ost-Westanlage. Quelle 14

Nachgeführte PV-Module

Um den Ertrag der genutzten Fläche zu maximieren, können PV-Module auch der Sonne nachgedreht werden – wie eine Sonnenblume.

Die Nachführung gibt es in 1-achsiger Ausführung, die entweder nur die Neigung oder nur den Azimut ändern oder in 2-achsiger Ausführung, bei dem beide Winkeleinstellungen geändert werden können.

Die Erträge zu den Morgen- und zu den Abendstunden werden bei dieser Variante erhöht. Gleichzeitig sind die Kosten für diese Anlagen jedoch auch höher.

Tracker Sonnentor c PVA 1 | Photovoltaik Österreich
Quelle 16
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Quellenangaben:

  1. Bild 1: PV-Anlage auf Schrägdach – © shutterstock | OxfordSquare
  2. Bild 2: PV-Anlage auf Flachdach – © shutterstock | 2jenn
  3. Bild 3: Bauwerksintegrierte PV – © ertex solar
  4. Bild 4: Freistehende PV-Anlage –  © Frauenhofer ISE
  5. Bild 5: Schwimmende PV-Anlage – © BayWa re.
  6. Bild 6: Verkehrsintegrierte PV-Anlage – © ertex
  7. © Photovoltaic Austria
  8. © Photovoltaic Austria
  9. © Kawneer Solar-Systeme
  10. © Photovoltaic Austria
  11. © Fraunhofer Institute
  12. https://www.ee-news.ch/de/article/30075/renusol-ost-west-solaranlagen-erreichen-rund-40-mehr-ertrag
  13. © Photovoltaic Austria
  14. © Econeers
  15. © Photovoltaic Austria
  16. © Photovoltaic Austria