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Ausrichtung von Solarmodulen

Ausrichtung von Solarmodulen: wie man sie korrekt definiert

Die optimale Ausrichtung der Solarmodule sollte nach Süden sein mit einer Neigung, die dem Breitengrad entspricht. Entdecken Sie, wie Sie Ihre Anlage ausrichten sollten, um den Ertrag zu maximieren

Die richtige Einschätzung der Ausrichtung und Neigung von Solarmodulen kann ihren Ertrag erheblich beeinflussen.

Die Definition dieser Variablen ist nicht einfach, da sich der Einfall der Strahlen im Laufe des Tages je nach Sonnenstand ändert.

Um diesen Prozess zu erleichtern, empfehlen wir Ihnen die Verwendung einer Photovoltaik- Planungssoftware, die Sie unterstützt, die Anlagen unter Berücksichtigung der geografischen Daten und der Jahreszeit mit dem größten Energiebedarf richtig auszurichten.

Azimut und Tilt: Worum handelt es sich?

Wie man weiß, bewegt sich die Sonne auf einer parabolischen Bahn von Osten nach Westen; um die Richtung der Sonnenstrahlen in Bezug auf die Oberfläche des Solarmoduls zu bestimmen, müssen zwei Winkel berücksichtigt werden:

  • Azimut;
  • Tilt.

Der Orientierungswinkel der Ebene des photovoltaischen Geräts in Bezug auf den entsprechenden Meridian wird als Azimut definiert. In der Tat wird die Abweichung der Ebene von der Ausrichtung nach Süden (bei Standorten auf der nördlichen Erdhalbkugel) oder nach Norden (bei Standorten auf der südlichen Erdhalbkugel) gemessen. Die Positiven Werte von Azimutwinkel weisen auf eine Ausrichtung nach Westen und negative Werte auf eine Ausrichtung nach Osten hin (CEI EN 61194).

Der Winkel nimmt mit zunehmender Drehung des Trägers im Uhrzeigersinn zu. Dies bedeutet, dass:

  • Bei einem Azimut von 0° das Modul nach Süden ausgerichtet ist;
  • Bei einem Azimut von 90° das Modul nach Westen ausgerichtet ist;
  • Bei einem Azimut von 180° das Modul nach Norden ausgerichtet ist.

Die Kenntnis vom Azimutwinkel der Sonne ist ein grundlegender Wert für die Bestimmung der Ausrichtung der Solarmodule.

Tilt, oder Grad der Höhe ist die Neigung eines Objekts in Bezug auf die Bodenebene, d. h. der Winkel, den ein Objekt in der Seitenansicht mit der Bodenlinie bildet.

Bei Photovoltaikanlagen stellt der Tilt die Neigung der Ebene der Photovoltaikanlage gegenüber der horizontalen Ebene dar (aus IEC/TS 61836).

Neigung des Moduls 30-35° - Richtung Süden

Neigung des Moduls 30-35° – Richtung Süden

In welche Richtung sollten Solarmodule ausgerichtet sein?

Die höhere Energieeffizienz einer Photovoltaikanlage ergibt sich nicht nur aus der Qualität der Anlage, sondern auch aus der Ausrichtung und Neigung der Solarmodule.

Eine Photovoltaikanlage erreicht ihre höchste Produktivität, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Module treffen. Dies ist ein optimaler Zustand, der nicht ständig gegeben ist, sondern sich im Laufe des Tages und der Jahreszeiten ändert.

Um die Anlage bestmöglich zu optimieren, ist es daher notwendig, die Module in die Richtung auszurichten, in der der Einfall der Strahlen am größten ist, und die folgenden Faktoren abzuschätzen:

  • Sonnenstrahlung;
  • Richtung der Solarmodule;
  • Neigung der Solarmodule.

Schätzung der Sonnenstrahlung

Der erste Faktor, der berechnet werden muss, um zu prüfen, ob ein Standort für die Installation einer Photovoltaikanlage geeignet ist, ist die geschätzte Menge an Sonnenenergie, die diesen Standort erreicht.

Im Laufe des Jahres ändert die Sonne ihre Bahnen über der Erdoberfläche, und die Sonneneinstrahlung, die die Erde erreicht, ist nicht konstant. Daher ist Solarenergie keine programmierbare Energie und kann nicht immer genutzt werden, wenn sie benötigt wird, zum Beispiel nachts.

Um jedoch den Wert der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort zu kennen, werden die Sonnenbahnen auf Sonnenkarten, oder Sonnendiagrammen, die in Polarkoordinaten oder kartesischen Koordinaten organisiert sind, dargestellt.

Sonnenkarten in Polarkoordinaten sind Diagramme, in denen das Himmelsgewölbe projiziert und auf eine horizontale Ebene reduziert wird. Diese Diagramme bestehen aus konzentrischen Kreisen, vom äußeren Umfang bis zur Mitte, die verschiedene Werte der Sonnenhöhe darstellen.

Außerdem verlaufen vom Zentrum aus Linien, die die verschiedenen Umfänge unter Berücksichtigung verschiedener Jahreszeiten und unterschiedlicher Azimut-Werte schneiden. Auf diesen Karten werden dann die Wege der Sonne in den verschiedenen Monaten des Jahres als gebogene Linien dargestellt.

So fällt beispielsweise der Lauf der Sonne im Februar mit dem des Oktobers zusammen und wird daher durch eine einzige Linie dargestellt. Schließlich ist jedes Sonnenstandsdiagramm spezifisch für einen bestimmten Breitengrad.

Polares-Sonnenstandsdiagramm

Polares-Sonnenstandsdiagramm

Kartesische Koordinatenkarten sind Diagramme, auf die das Himmelsgewölbe so projiziert wird, als wäre es die Oberfläche eines auf einer Ebene projizierten Zylinders.

Die Extrempunkte sind also die Kardinalpunkte und der Bezugspunkt ist der Süden, die Richtung, in die die Module ausgerichtet werden sollen. Die höchste Kurve ist der Weg der Sonne während der Sommerzeit, die niedrigste, der Weg der Sonne während der Wintersonnenwende. Auf der Seite der Ordinaten sind die Werte als Erhebungen definiert.

Um diese Karten zu erstellen, empfehle wir Ihnen eine Photovoltaik-Planungssoftware zu verwenden, mit der Sie die Verschattung direkt auf das Sonnenstandsdiagramm projizieren und die Menge an Sonnenenergie zu einem bestimmten Zeitpunkt des Jahres überprüfen können.

Sonnenstandsdiagramm Solarius-PV

Sonnenstandsdiagramm Solarius-PV

 

Kartesische Koordinatenkarten sind Diagramme, auf die das Himmelsgewölbe so projiziert wird, als wäre es die Oberfläche eines auf einer Ebene projizierten Zylinders.

Die Extrempunkte sind also die Kardinalpunkte und der Bezugspunkt ist der Süden, die Richtung, in die die Module ausgerichtet werden sollen. Die höchste Kurve ist der Weg der Sonne während der Sommerzeit, die niedrigste, der Weg der Sonne während der Wintersonnenwende. Auf der Seite der Ordinaten sind die Werte als Erhebungen definiert.

Um diese Karten zu erstellen, empfehle wir Ihnen eine Photovoltaik-Planungssoftware zu verwenden, mit der Sie die Verschattung direkt auf das Sonnenstandsdiagramm projizieren und die Menge an Sonnenenergie zu einem bestimmten Zeitpunkt des Jahres überprüfen können.

Darstellung der Sonnenstrahlung durch gekrümmte Linien

Darstellung der Sonnenstrahlung durch gekrümmte Linien

Richtung der Solarmodule

Eine Photovoltaikanlage ist am produktivsten, wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Solarmodule treffen, und die beste Ausrichtung dieser ist Süden mit einem Azimut-Winkel 0°.

Wenn eine Installation in südlicher Richtung nicht möglich ist oder wenn es Hindernisse gibt, die eine Verschattung verursachen würden, kann die Ausrichtung der Module geändert werden:

  • Bei einer Ausrichtung der Module von maximal 45° nach Südosten und Südwesten würde sich die jährliche Leistung nur geringfügig reduzieren (1-3 %);
  • Wenn die Module jedoch in einem Winkel von mehr al 45° nach Süden ausgerichtet sind, beginnt di Produktion erheblich zu sinken.

Weniger signifikant ist hingegen die Strahlung, die ein nach Osten oder noch weniger ein nach Westen ausgerichtetes Modul haben kann, da es nur die Morgen- oder Abendstrahlung einfangen würde.

Ausrichtung der Solarmodule - Richtung Süden

Ausrichtung der Solarmodule: Richtung Süden

Neigung der Solarmodule

Die optimale Neigung der Solarmodule wird durch die Breite des geografischen Ortes beeinflusst, an dem die Module montiert werden.

Als vereinfachende Regel kann gesagt werden, dass die optimale Neigung der Module für eine maximale Jahresproduktion dem Breitengrad L des Einbauorts entspricht. Wenn man zum Beispiel einen Breitengrad von 40° hat, wird das Modul mit einer Neigung zwischen 30° und 40° installiert.

Neigung der Solarmodule

Neigung der Solarmodule

Um die richtige Neigung eines Moduls zu bestimmen, muss auch die Oberfläche berücksichtigt werden, auf der die Solarmodule installiert werden:

  • Wenn eine Photovoltaikanlage auf einem Dach installiert wird, werden die Module in der gleichen Ebene der Dachneigung angebracht;
  • Wenn die Anlage auf dem Boden oder auf einem Flachdach installiert wird, muss die Neigung genau berechnet werden, damit die vorderen Module nicht zu einer bestimmten Jahreszeit die in der hinteren Reihe beschatten.

Zur genauen Berechnung des Mindestabstands zwischen den Reihen der Solarmodule und der korrekten Neigung, empfehle wir Ihnen, eine Photovoltaik-Planungssoftware zu verwenden, die in der Lage ist, diese Maße auf jeder beliebigen Fläche (horizontal, vertikal oder geneigt) automatisch zu berechnen.

So optimieren Sie die Ausrichtung der Module: Solar-Tracker

Die Ausrichtung der Solarmodule ist daher von entscheidender Bedeutung, um den Ertrag der Photovoltaik-Anlage zu maximieren. Um die Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr hinweg zu optimieren, können spezielle elektronische Geräte installiert werden, die den Lauf der Sonne nachverfolgen: Dies wird als SolartrackingSystem bezeichnet.

Was sind Solar-Tracker?

Photovoltaik-Solar-Tracker sind spezielle Vorrichtungen und Mechanismen, die es ermöglichen, das Solarmodul so zu bewegen und zu drehen, dass es immer in Sonnenrichtung ausgerichtet ist. Mit diesem System ist das Modul also nicht festmontiert, sondern mobil.

Solar-Tracker-System

Solar-Tracker-System

Wie funktionieren Solar-Tracker?

Solar-Tracker ermöglichen es, jederzeit eine Neigung von  90° zwischen dem Modul und den Sonnenstrahlen aufrechtzuerhalten, um die Ausrichtung der Solarmodule und damit die Energieeffizienz zu optimieren.

Es gibt verschiedene Arten und je nach Typ variiert der Funktionsmechanismus.

Die wichtigsten Arten von Solar-Tracker sind:

  • Einachsige Solar-Tracker;
  • Zweiachsige Solar-Tracker.

Einachsige Solar-Tracker „verfolgen“ die Sonnenstrahlung, indem sie sich um ihre eigene Achse drehen, und können entsprechend ihrer Ausrichtung klassifiziert werden in:

  • Tilt-Tracker drehen sich um den Tilt-Winkel, d. h. Ost-West, und folgen der Höhe der Sonne am Himmel;
  • Roll-Tracker verfolgen die Sonne auf ihrem Weg über den Himmel; in diesem Fall ist die Drehachse Nord-Süd;
  • Azimut-Tracker drehen sich um eine vertikale Achse, die senkrecht zum Boden steht, und benötigen viel Platz für die Installation;
  • Polarachsen-Tracker verfolgen die Sonnenstrahlung und drehen sich um eine Achse, die parallel zur Rotationsachse der Erde verläuft.

Zweiachsige Solar-Tracker hingegen haben zwei senkrecht zueinanderstehende Rotationsachsen, die es ermöglichen, die Module mit Hilfe eines elektrischen Systems perfekt in die Richtung der Sonne auszurichten. Je nach Ausrichtung sind sie unterteilt in:

  • Azimut-Elevation-Tracker: Ihr Betrieb fängt die Strahlung ab und ermöglicht es den Modulen, sich den ganzen Tag über perfekt senkrecht zu den Sonnenstrahlen auszurichten;
  • Tilt-Roll-Tracker: Sie vermeiden schattige Bereiche.

Je nach Art des Systems, welches ermöglicht, sich zur Sonne hin zu bewegen, können sie schließlich in folgende Kategorien eingeteilt werden:

  • Aktive Solar-Tracker;
  • Passive Solar-Tracker.

Aktive Solar-Tracker bestehen aus Elektromotoren, die eine langsame Bewegung der Solarmodule ermöglichen. Sie sind unterteilt in:

  • Analog: Die Bewegung wird durch Sensoren erzeugt, die die beste Position für die Absorption der Sonnenstrahlung ermitteln;
  • Digital: Sie werden von einem Mikroprozessor gesteuert, der Daten über den Stand der Sonne speichert und so die Module in die Richtung mit dem meisten Licht ausrichten kann.

Passive Tracker hingegen nutzen autonome physikalische Phänomene, die von der Position der Sonne im Verhältnis zum Modul unabhängig sind, z. B. die thermische Ausdehnung eines komprimierten Flüssiggases, das von der Sonne erwärmt wird und einen hydraulischen Druck erzeugt, der die Bewegung der Struktur der Solarmodulen ermöglicht.

Ertrag der Solarmodule Solarius PV

Ertrag der Solarmodule Solarius PV

Um die Ausrichtung der Solarmodule einer Anlage ohne Solar-Tracking-System optimal zu bestimmen, empfehlen wir Ihnen, sofort kostenlos, eine Photovoltaik-Planungssoftware auszuprobieren, mit der Sie durch Eingabe des Aufstellungsortes und der Werte von Azimut und Tilt die monatlichen durchschnittlichen täglichen Einstrahlungsdahttps://www.acca.it/software-fotovoltaicoten erfassen und einen Überblick über die Ertragsanalyse der Solarmodule erhalten können.

 

solarius-pv
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