Eine Photovoltaikanlage braucht keinen blauen Himmel, sondern Licht, und das kommt in Deutschland zur Hälfte aus der Wolkendecke. Wer die Belegung am Baukörper danach ausrichtet, holt aus derselben Fläche mehr Jahresarbeit als mit der reinen Südlogik. Entscheidend sind dabei Ausrichtung, Hinterlüftung und Reihenabstand, also drei Größen, die auf der Baustelle festgelegt werden und sich danach nicht mehr ändern lassen.
Welchen Anteil trägt die Diffusstrahlung am Jahresertrag?
Die Globalstrahlung setzt sich aus Direkt- und Diffusstrahlung zusammen, und der diffuse Teil macht in Deutschland etwa die Hälfte aus. Bei einer Globalstrahlung von rund 950 bis 1.220 kWh/m² im Jahr liegt der Diffusanteil bei etwa 500 bis 600 kWh/m² (Deutscher Wetterdienst, Strahlungsbilanz).
Der Unterschied zwischen beiden Anteilen ist für die Planung wichtiger als ihre Summe. Direktstrahlung ist stark richtungsabhängig und fällt bei Bewölkung fast vollständig aus. Diffusstrahlung kommt aus der gesamten Himmelshalbkugel und erreicht deshalb auch Flächen, die nicht nach Süden zeigen. Die beiden Komponenten der Globalstrahlung unterscheiden sich damit nicht nur in der Menge, sondern im Verhalten am Bauteil.
Regional verschiebt sich das Bild. Die Direktstrahlung nimmt von Nord nach Süd deutlich zu, die Diffusstrahlung bleibt mit 500 bis 600 kWh/m² dagegen fast konstant. Im Norden trägt der diffuse Teil damit prozentual mehr, im Süden weniger.
Wie viel von dieser Strahlung ein Modul in Strom umsetzt, hängt an seinem Verhalten bei geringer Bestrahlungsstärke.
Wie verhalten sich Solarmodule bei schwachem Licht?
Schwachlicht beginnt in der Messtechnik unterhalb von 200 W/m² Bestrahlungsstärke, geprüft bei 25 Grad Zelltemperatur und einer Luftmasse von 1,5 (IEC 61853-1). In diesem Bereich arbeiten Module an bedeckten Tagen über Stunden, und genau dort trennt sich belastbare Technik von Datenblattversprechen.
Die Unterschiede zwischen modernen kristallinen Zelltechniken sind kleiner, als der Vertrieb sie darstellt. Zwischen TOPCon, PERC und Heterojunction liegen bei 200 W/m² rund 2,5 Prozentpunkte relativer Wirkungsgrad (Herstellerdatenblätter und Prüfberichte nach IEC 61853-1). Für die Auslegung am Gebäude ist das eine Nachkommastelle, nicht die Entscheidung.
Dünnschichtmodule aus Cadmiumtellurid oder CIGS zeigen ein gutes relatives Schwachlichtverhalten, erreichen absolut aber nur Wirkungsgrade von etwa 10 bis 16,5 Prozent. Auf knapper Dachfläche liefert ein kristallines Modul trotzdem mehr Strom je Quadratmeter, weil der absolute Wert zählt und nicht der relative Verlauf.
Die Zelltechnik entscheidet damit weniger als die Frage, wohin die Fläche zeigt.
Welche Ausrichtung am Baukörper nutzt Diffuslicht am besten?
Eine Ost-West-Belegung liefert etwa 10 bis 15 Prozent weniger Jahresertrag als eine Südfläche gleicher Größe, verteilt ihn aber über einen deutlich längeren Tagesabschnitt. Weil Diffusstrahlung aus der ganzen Himmelshalbkugel kommt, verliert die Ost-West-Variante bei bedecktem Himmel kaum gegenüber Süd.
Für die Ausführung hat das zwei Folgen. Ost-West-Reihen lassen sich auf dem Flachdach dichter stellen, weil sich die Reihen gegenseitig weniger verschatten. Und die Statik wird ruhiger, weil die flachere Neigung die Windangriffsfläche verkleinert.
Auf dem Steildach bleibt die Ausrichtung durch den Baukörper vorgegeben. Hier zählt stattdessen, ob auch die ungünstigere Dachseite belegt wird. Eine Nordwestfläche mit 20 Grad Neigung erreicht in Deutschland noch etwa 70 bis 75 Prozent des Südertrags, und dieser Rest ist am Vormittag und Abend verfügbar, also dann, wenn im Haus verbraucht wird.
Ausführung: Die Dachseiten vor dem Angebot getrennt aufmessen und getrennt verschalten. Eine gemischte Ost-West-Belegung an einem einzigen Strang zieht die Leistung der stärkeren Seite auf das Niveau der schwächeren, weil der Strang dem schwächsten Modul folgt.
Welche Verschaltung passt zu einer Ost-West-Belegung?
Jede Dachseite bekommt ihren eigenen Strang und möglichst ihren eigenen Eingang am Wechselrichter. Erst dann arbeiten beide Seiten mit ihrem jeweils passenden Arbeitspunkt, und die Anlage nutzt den flachen, breiten Tagesverlauf, für den die Belegung gewählt wurde.
Technisch lässt sich das über zwei MPP-Tracker oder über getrennte Wechselrichter lösen. Beides ist am Zählerplatz gleich aufwendig, unterscheidet sich aber im Standort: zwei kleinere Geräte lassen sich leichter kühl aufstellen als ein großes.
Die Leitungsquerschnitte folgen danach. Für die Gleichstromseite gilt ein Spannungsfall von höchstens einem Prozent als Planungsziel, damit die gewonnene Arbeit nicht in der Zuleitung verloren geht. Bei langen Wegen vom Dach zum Technikraum entscheidet das über einen Querschnitt mehr oder weniger.
Wer die Fläche am Dach ausgeschöpft hat, sieht als nächstes die Wand an.
Wie wird eine Fassadenanlage hinterlüftet?
Eine Fassadenanlage braucht eine durchgehende Hinterlüftungsebene zwischen Modul und Wandaufbau. Herstellerangaben nennen von 20 bis 50 Millimetern als Mindestmaß, bewährt haben sich 80 bis 100 Millimeter, weil erst dann ein tragfähiger Kamineffekt entsteht.
Der Grund liegt im Temperaturverhalten der Module. Kristalline Zellen verlieren je Kelvin Zelltemperatur etwa 0,4 bis 0,5 Prozent Leistung (Temperaturkoeffizient nach IEC 61215). Eine fehlende Hinterlüftung hebt die Modultemperatur um 10 bis 15 Kelvin an, was an heißen Tagen unmittelbar in die Erzeugung durchschlägt.
Die Wand selbst muss die Last aufnehmen. Jede Befestigung geht durch die Dämmebene in den tragenden Untergrund, und jede Durchdringung ist eine Wärmebrücke und eine Schwachstelle in der Luftdichtheitsebene. Bei Wärmedämmverbundsystemen braucht es dafür Konsolen mit bauaufsichtlicher Zulassung, nicht Dübel aus dem Regal.
Der Ertrag einer Südfassade liegt rund 30 Prozent unter dem einer vergleichbaren Dachfläche. Das ist kein Ausschlusskriterium, solange die Fläche sonst ungenutzt bliebe, es muss aber in der Auslegung stehen und nicht in der Hoffnung.
Welche Bauteile dieser Konstruktion zuerst an ihre Grenze kommen, hängt an Werkstoff und Lage, und genau das schlüsselt der Beitrag zum Standort des Wechselrichters auf.
Auf dem Flachdach stellt sich die Frage der Neigung noch einmal völlig neu.
Welchen Reihenabstand braucht eine Aufständerung auf dem Flachdach?
Flache Aufständerungen von 10 bis 15 Grad haben sich durchgesetzt, weil sie geringe Windlast, kleinen Reihenabstand und hohe Flächenausnutzung verbinden. Gegenüber einer steileren Aufstellung kostet das höchstens etwa 5 Prozent Jahresertrag, gewinnt aber deutlich mehr belegbare Fläche.
Der Reihenabstand folgt aus der Aufbauhöhe. Als Regel gilt der dreifache Wert der Höhe, die die Modulkante über der Dachfläche erreicht. Bei 12 Grad Neigung und einem Modul in Hochkantlage ergibt das eine Aufbauhöhe von etwa 0,37 Metern und damit einen Abstand von rund 1,1 Metern von Reihenmitte zu Reihenmitte.
Die Ballastierung wird nach Windzone, Gebäudehöhe und Dachzone gerechnet (DIN EN 1991-1-4). Eine fertige ballastierte Anlage bringt üblicherweise 20 bis 35 kg/m² auf das Dach, davon 6 bis 19 kg/m² reinen Ballast. In den Rand- und Eckzonen des Dachs steigt dieser Wert deutlich, weil dort die Sogkräfte am größten sind.
Ausführung: Das Ballastprotokoll feldweise führen und auf dem Dach stichprobenartig gegenzählen. Eine Anlage, die in der Mitte richtig und in der Eckzone zu leicht beschwert ist, hält jede Prüfung auf dem Papier und keinen Sturm.
Vor der Ballastierung steht die Frage, ob die Dachkonstruktion die zusätzliche Last überhaupt aufnimmt. Bei Trapezblechdächern entscheidet die Spannweite des Profils, bei Massivdächern die vorhandene Reserve aus dem Standsicherheitsnachweis. Ohne diese Prüfung ist jede Lastangabe eine Annahme, und Annahmen trägt im Schadensfall niemand. Welche Schritte am Gebäude dafür nacheinander anstehen, beschreibt der Beitrag zur Dachprüfung vor der Montage.
Bis hierher ging es um die volle Jahresarbeit. Der kritische Abschnitt liegt im Winterhalbjahr.
Woran erkennt die Planung einen tragfähigen Winterertrag?
Zwischen November und Februar fallen in Deutschland nur rund 12 Prozent des Jahresertrags an, und in diesen Monaten besteht die Strahlung fast vollständig aus dem diffusen Anteil. Eine Auslegung, die diesen Abschnitt ernst nimmt, arbeitet mit Horizontverschattung und nicht mit Jahresmittelwerten.
Die Horizontverschattung wird vor Ort aufgenommen, nicht geschätzt. Bei flachem Sonnenstand verschatten Nachbargebäude, Baumreihen und selbst Attiken Flächen, die im Juni frei liegen. Eine Verschattungssimulation ohne eingemessenen Horizont ist für das Winterhalbjahr wertlos.
Dazu kommt die Schneeauflage. Flach aufgestellte Module von 10 bis 15 Grad halten Schnee länger als steile Dachflächen, weil die Selbstreinigung erst ab etwa 20 Grad zuverlässig einsetzt. Die Schneelast selbst gehört ohnehin in den Nachweis (DIN EN 1991-1-3), die Ertragsminderung durch liegenden Schnee dagegen in die Erwartung.
Wie stark Verschattung und Verschaltung im laufenden Betrieb zusammenwirken, zeigt sich an den Fehlern, die bei der Verschattung durch Dachaufbauten entstehen.
Woran zeigt sich bei der Abnahme eine ertragsfähige Belegung?
Die Abnahme prüft die Entscheidungen, die sich später nicht mehr korrigieren lassen. Dazu gehören der Stringplan mit der tatsächlichen Zuordnung der Module zu den Eingängen, die Kennlinienmessung je Strang, das eingemessene Hinterlüftungsmaß und das feldweise Ballastprotokoll.
Die Kennlinienmessung ist dabei der aussagekräftigste Einzelpunkt. Weicht ein Strang bei gleicher Einstrahlung messbar von seinen Nachbarn ab, liegt entweder eine Teilverschattung oder eine falsche Verschaltung vor, und beides fällt im Jahresertrag auf, aber niemandem im Protokoll.
Zum Übergabestand gehören die Verschattungsaufnahme mit eingemessenem Horizont, der statische Nachweis für Unterkonstruktion und Ballast, die Dokumentation aller Durchdringungen und die Angabe, welches Bauteil bei welchem Wartungsschritt zugänglich bleiben muss.
Fehlt einer dieser Punkte, lässt sich später nicht mehr klären, ob ein Minderertrag aus der Verschattung, aus der Verschaltung oder aus einem verschmutzten Modulfeld kommt. Die Abnahme ist der letzte Zeitpunkt, an dem diese Unterscheidung ohne Aufwand möglich ist.