Keine Frage: Photovoltaik ist die Zukunft. Mit einer Photovoltaikanlage machen Sie sich frei von steigenden Strompreisen und leisten einen Beitrag zum Klimaschutz. Wenn Sie sich für das Thema interessieren, fragen Sie sich bestimmt: Welche Leistung sollte eine Anlage im Optimalfall erbringen? Und wie berechnet man diese? Mit einer einfachen Formel lässt sich die Photovoltaik-Leistung ermitteln.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
- Welche Kennzahlen beschreiben die Leistungen einer Photovoltaikanlage?
- Wie hoch ist die durchschnittliche Leistung einer Photovoltaikanlage?
- Optimale Photovoltaik-Leistung berechnen: so geht es
- Welche Faktoren haben Einfluss auf die Leistung von Photovoltaik?
- Photovoltaik-Leistung pro Jahr
- Photovoltaik-Leistung im Jahresverlauf
- FAQ
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Welche Kennzahlen beschreiben die Leistungen einer Photovoltaikanlage?
Von Kilowattstunden bis Kilowatt-Peak – um die optimale Photovoltaik-Leistung zu berechnen, müssen wir zunächst einige Begriffe klären:
kWh – Die Kilowattstunde
Die Abkürzung kWh steht für eine Kilowattstunde und bedeutet, dass ein Kilowatt Energie in einer Stunde erzeugt wird. Die Maßeinheit kWh wird deshalb als Maß für die Menge des erzeugten Stroms oder der Stromproduktion einer Photovoltaikanlage verwendet. Ein kWh entspricht dem 1.000-fachen einer einfachen Wattstunde (Wh).
Damit Sie sich das besser vorstellen können, hier drei Beispiele aus dem Alltag: Mit der Energie einer kWh können Sie etwa einen
- 60-Grad-Waschgang durchlaufen lassen
- 50 Stunden am Laptop arbeiten
- sich 2.800 Mal elektrisch rasieren.
kWp – Der Kilowatt-Peak
Der Kilowatt-Peak, auch Nennleistung genannt, ist eine wichtige Maßeinheit im Photovoltaik-Bereich. Der kWp beschreibt die Höchstleistung in Kilowatt (kW), die eine Photovoltaikanlage erbringen kann. Der Wert ermöglicht eine Vergleichbarkeit von PV-Anlagen. Um exakte Ergebnisse zu liefern, müssen Hersteller sicherstellen, dass die Photovoltaikanlagen unter Standardbedingungen getestet werden.
Die Leistung von Photovoltaikanlagen hängt von vielen Faktoren wie dem Wetter, der Sonneneinstrahlung und dem Standort ab. Der Begriff kWp spiegelt dabei die Leistung unter idealen (Labor-)Bedingungen wider. Diese werden in der Realität fast nie erreicht, weshalb PV-Anlagen immer schwankende Leistungen erzielen.
Die idealen Bedingungen werden auch als Standard-Testbedingungen (STC engl. Standard Test Conditions) bezeichnet. Es handelt sich um einheitliche Bedingungen, unter denen die Leistung von Photovoltaikmodulen geprüft wird. So lassen sich Solarmodule verschiedener Hersteller vergleichen. Die STC-Bedingungen sind:
- Eine Sonneneinstrahlung von 1.000 Watt pro m²
- Eine Luftmasse (AM) von 1,5
- Eine Zelltemperatur von 25 °C
Und so rechnen Sie kWp in kWh um:
Ein kWp entspricht 1.000 kWh Stromerzeugung pro Jahr. Eine 1-kWp-Photovoltaikanlage in Deutschland erzeugt demnach durchschnittlich 1.000 kWh im Jahr erzeugen. Bei einer PV-Anlage mit 7 kWp lässt sich somit ein Ertrag von 7.000 kWh erreichen.
Die Werte schwanken je nach Standort. Im Süden Deutschlands können Sie mit einem höheren Ertrag rechnen als im hohen Norden, da dort die Globalstrahlung höher ist. Die folgende Tabelle zeigt eine grobe Einschätzung.
| Bundesland | Spezifischer Ertrag |
|---|---|
| Baden-Württemberg | 1.070 kWh/kWp |
| Bayern | 1.060 kWh/kWp |
| Berlin | 910 kWh/kWp |
| Brandenburg | 990 kWh/kWp |
| Bremen | 930 kWh/kWp |
| Hamburg | 959 kWh/kWp |
| Hessen | 1.018 kWh/kWp |
| Mecklenburg-Vorpommern | 1.014 kWh/kWp |
| Niedersachsen | 985 kWh/kWp |
| Nordrhein-Westfalen | 987 kWh/kWp |
| Rheinland-Pfalz | 1.037 kWh/kWp |
| Saarland | 1.063 kWh/kWp |
| Sachsen | 1.035 kWh/kWp |
| Sachsen-Anhalt | 1.004 kWh/kWp |
| Schleswig-Holstein | 1.002 kWh/kWp |
| Thüringen | 1.021 kWh/kWp |
Was bedeutet Momentanleistung bei PV-Anlagen?
Die Momentanleistung beschreibt die Leistung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt von einer Photovoltaikanlage generiert wird. Zur Ermittlung des Wertes werden drei Kenngrößen benötigt: Die Nennleistung, die Anzahl der PV-Module, sowie die aktuelle Stärke der Sonneneinstrahlung.
Was bedeutet spezifische Leistung von Solaranlagen?
Die spezifische Leistung setzt die Stromproduktion der Solaranlage in Kilowattstunden (kWh) in Bezug zur Nennleistung der Anlage (kWp). In der Regel wird der Zeitraum von einem Jahr betrachtet. Mit der spezifischen Leistung können unterschiedliche Anlagengrößen verglichen werden.
Rechnung:
- Spezifische Leistung: kWh (jährliche Stromproduktion) / kWp (Nennleistung)
- Beispiel: 7000 kWh (jährliche Stromproduktion) / 7 kWp (Nennleistung)
- Spezifische Leistung = 1000 kWh / kWp
Wie hoch ist die durchschnittliche Leistung einer Photovoltaikanlage?
Die durchschnittliche Leistung einer Photovoltaikanlage beträgt für Ein- und Mehrfamilienhäusern etwa 5 bis 10 kWp. Das entspricht einer Stromproduktion von 800 bis 1.200 kWh pro Kilowatt-Peak. Wie viel Solarstrom Ihre Photovoltaik produziert, hängt von verschiedenen Faktoren wie dem Standort der Photovoltaikanlage und der Leistung und Ausrichtung der PV-Module ab.
Optimale Photovoltaik-Leistung berechnen: so geht es
Um die optimale Photovoltaik Leistung zu berechnen, müssen Sie den eigenen Stromverbrauch kennen. Ein 4-Personen-Haushalt verbraucht im Durchschnitt rund 4.000 kWh im Jahr. Bei einem durchschnittlichen PV-Ertrag von 1.000 kWh pro kWp entspricht das einer Photovoltaik mit 4 bis 5 Kilowatt-Peak Leistung.
Größe der Photovoltaikanlage: Beispiel
In unserem Beispiel gehen wir von einem Jahresstromverbrauch von 4.000 kWh aus. Diesen Durchschnittswert können Sie durch die Stromrechnungen der letzten Jahre ermitteln. Am Standort des Hauses wird eine durchschnittliche Sonneneinstrahlung von 1.000 kWh pro kWp erzielt.
Die Leistung für Ihren Standort können Sie der Strahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes entnehmen.
Damit die Anlage sich wirtschaftlich lohnt, sollte so viel Solarstrom wie möglich selbst verbraucht werden. Die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz lohnt sich nämlich wegen der gesunkenen Einspeisevergütung nicht mehr.
Für eine PV-Anlage mit 4 kWp benötigen Sie 12-13 PV-Module mit einer Leistung von knapp 320 Watt-Peak. Die Rechnung dazu:
4.000 kW / 320 Wp = 12,5 Solarmodule = 13 Solarmodule
Ein Solarmodul hat in der Regel eine Größe von 1,7 m². Bei 13 Modulen entspräche das einer Dachfläche von 22,10 m²:
13 Solarmodule * 1,7 m² = 22,1 m²
Eine freie Fläche dieser Größe ist in der Regel auf Einfamilienhäusern verfügbar.
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Welche Faktoren haben Einfluss auf die Leistung von Photovoltaik?
Wie effizient eine Solaranlage für Energie sorgt, hängt von verschiedenen Aspekten ab. Im Folgenden wollen wir diese Faktoren näher betrachten.
Leistung der Solarmodule
Die Leistung der Solarmodule ist ein wichtiger Faktor für den Photovoltaik-Ertrag. Ein 300 Wp Solarmodul produziert bei einer Sonneneinstrahlung von 1.000 W auch 300 W Strom. Diese Leistung wird maßgeblich von der Größe der Solarmodule und der Art der Solarzellen bestimmt. Monokristalline Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad, gefolgt von polykristallinen und schließlich Dünnschichtsolarzellen.
Wie viel Kilowatt-Peak pro m² sind möglich?
Monokristalline Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 18 bis 26% haben bei einem Standard-Modul etwa 350 Wp Leistung. Bei einer Modulgröße von 1700 mm x 1000 mm, also 1,7 m², sind dann ungefähr 0,2 Kilowatt-Peak pro m² möglich.
Die Größe von Solarmodulen ist nicht einheitlich. Die meisten Hersteller verwenden jedoch 60 Standardzellen oder 120 Halbzellen pro Modul. Die Leistung in Kilowatt-Peak pro m² variiert deshalb bei unterschiedlichen Modultypen.
| Modultyp | Länge x Breite | kWp je m² |
|---|---|---|
| 48 Zellen | 1350mm x 1000mm | 0,185 |
| 60 Zellen | 1650mm x 1000mm | 0,21 |
| 72 Zellen | 2000mm x 1000mm | 0,205 |
| 120 Halbzellen | 1700mm x 1000mm | 0,208 |
Wetter und Globalstrahlung
Die Globalstrahlung ist im Süden höher als im Norden. Der Standort der Photovoltaikanlage spielt deshalb auch beim Planen der Größe der Anlage eine wichtige Rolle. Wenn Sie in Hamburg den gleichen Stromertrag wie in München erzielen möchten, benötigen Sie mehr oder leistungsstärkere PV-Module.
Das Wetter hat ebenfalls Einfluss auf die Leistung der Anlage. Grundsätzlich funktioniert Photovoltaik auch im Schatten. Ist es bewölkt, wird jedoch weniger Strom produziert als bei Sonnenschein. Aber Achtung: Bei zu hohen Temperaturen verliert die Anlage ebenfalls an Leistung. Sobald die Solarzellen eine höhere Temperatur als die 25 °C in den STC-Bedingungen erreichen, sinkt die Leistung um 0,3 - 0,4% pro Grad.
An sehr heißen Tagen können sich die Solarmodule auf bis zu 65 °C aufheizen. Das entspräche einem Leistungsverlust von 10,5 bis 14 %. In Deutschland werden deshalb von Mai bis Juli die höchsten Energieerträge mit Photovoltaik erwirtschaftet. Im August ist es oft zu heiß.
Die folgende Tabelle zeigt grob die Globalstrahlung und die damit verbundene Leistung je nach Wettersituation:
| Wetter | Globalstrahlung | Leistung |
|---|---|---|
| Sonnig | 1000 W/qm | 1000 Watt |
| Leicht wolkig | 400 W/qm | 400 Watt |
| Stark wolkig | 150 W/qm | 150 Watt |
| Regnerisch | 50 W/qm | 50 Watt |
Ausrichtung der Solarmodule
Die Ausrichtung der Solarmodule hat ebenfalls erheblichen Einfluss auf die Leistung. In Deutschland werden die besten Erträge bei einer Modulausrichtung direkt nach Süden erzielt. Abweichungen nach Süd-Ost/West bringen aber ebenfalls sehr gute Erträge. Bei einer kompletten Ost-West-Ausrichtung sind die Erträge etwas niedriger. Dafür können beide Dachseiten mit Photovoltaikmodulen belegt werden.
Eine Ost-West-Ausrichtung Vorteile, wenn Sie den Großteil des Solarstroms morgens und abends verbrauchen - also genau dann, wenn die Sonne auf die beiden Flächen strahlt. Dadurch können Sie den Eigenverbrauch erhöhen und müssen weniger Strom einspeisen.
Dachneigung
In Deutschland ist bei einem Dach mit südlicher Ausrichtung ein Neigungswinkel zwischen 30 und 45 Grad ideal. Bei einer Ost-West-Ausrichtung sollten die Module einen flacheren Neigungswinkel haben, da auch die Sonne tiefer steht.
In der folgenden Tabelle können Sie die Abhängigkeit von Ausrichtung und Neigung ablesen.
Verschattung
Eine dauerhafte Verschattung oder Teilverschattung einzelner PV-Module sollte unbedingt vermieden werden. Das führt zu deutlich geringeren PV-Erträgen. Beachten Sie bei der Planung der Anlage deshalb mögliche Verschattungen von Nachbargebäuden, Bäumen oder eine Selbstverschattungen durch Gauben und Kamine. Wenn sich ein Schatten nicht vermeiden lässt, dann können PV-Optimierer Abhilfe schaffen.
Bedenken Sie auch, dass die Sonne nicht nur über den Tag, sondern das ganze Jahr wandert. Im Winter steht sie wesentlich tiefer als im Sommer. Demnach ist auch der Schattenwurf erheblich länger.
Mit temporären Verschattungen kommen moderne Solarmodule hingegen dank Bypass-Dioden bestens zurecht. Diese leiten den Strom aus dem verschatteten Teil der Solarzellen einfach um, wodurch weniger Leistungsverluste entstehen.
Photovoltaik-Leistung pro Jahr
Die durchschnittliche Photovoltaik-Leistung beträgt in Deutschland pro Jahr 1.000 kWh je installiertem kWp Leistung. Eine 6 kWp Anlage erzeugt demnach 6.000 kWh an Solarstrom pro Jahr. Der Ertrag im Süden Deutschlands liegt dabei eher über 1.000 kWh. Im Norden liegt die Leistung der Solaranlage darunter.
In unserer Tabelle können Sie den durchschnittlichen Ertrag pro Jahr für verschiedene Städte ablesen.
| Stadt | Ertrag in kWh pro kWp |
|---|---|
| Freiburg | 1.048 |
| München | 1.041 |
| Augsburg | 1.029 |
| Stuttgart | 1.025 |
| Würzburg | 1.001 |
| Frankfurt | 980 |
| Nürnberg | 975 |
| Mainz | 973 |
| Erfurt | 970 |
| Leipzig | 955 |
| Aachen | 946 |
| Rostock | 945 |
| Düsseldorf | 907 |
| Hannover | 901 |
| Kiel | 895 |
| Bielefeld | 880 |
| Bremen Flughafen | 879 |
Photovoltaik-Leistung im Jahresverlauf
Die Photovoltaik-Leistung im Jahresverlauf ist von der Globalstrahlung abhängig. In Deutschland ist die Einstrahlung von April bis August am höchsten - dementsprechend auch der mögliche Photovoltaik-Ertrag. Im März und September können immer noch gute Erträge erzielt werden. Im Winter ist der Stromertrag jedoch deutlich geringer.
In der nachfolgenden Tabelle können Sie den durchschnittlichen Photovoltaik-Ertrag pro Monat in Deutschland ablesen.
| Zeitraum | Möglicher Photovoltaik-Ertrag |
|---|---|
| Januar | 20,5 kWh/kWp |
| Februar | 31,6 kWh/kWp |
| März | 80,3 kWh/kWp |
| April | 138,5 kWh/kWp |
| Mai | 146,0 kWh/kWp |
| Juni | 139,3 kWh/kWp |
| Juli | 146,0 kWh/kWp |
| August | 124,0 kWh/kWp |
| September | 93,16 kWh/kWp |
| Oktober | 41,0 kWh/kWp |
| November | 26,5 kWh/kWp |
| Dezember | 13,7 kWh/kWp |
| Gesamtjahr | 1000,8 kWh/kWp |
FAQ
Wie hoch ist die Photovoltaik-Leistung pro qm?
Die Photovoltaik-Leistung pro m² liegt im Durchschnitt bei knapp 0,2 kWp. Im Jahr kann damit eine Leistung von 200 Watt erzielt werden. Grundsätzlich sind pro 1,5 m² etwa 300 bis 350 Watt Photovoltaik-Leistung möglich. Je nach Standort und Art der Photovoltaik sind Abweichungen von diesem Wert möglich.
Wie hoch ist die Photovoltaik-Leistung pro Modul?
Die Photovoltaik-Leistung pro Modul liegt bei modernen Modulen zwischen 300 und 500 Wp. Photovoltaikanlagen auf Ein- und Mehrfamilienhäusern nutzen in der Regel PV-Module mit einer Leistung von 300 Wp. Diese sind günstiger als Hochleistungsmodule mit 400 Wp oder mehr.
Wie viel Strom erzeugt Photovoltaik pro Tag?
Im Durchschnitt liegt die Photovoltaik-Leistung pro Tag bei 2,7 kWh pro kWp. Dies ist der Gesamtjahreswert, da die tatsächliche Stromerzeugung pro Tag bei Photovoltaik von der Jahreszeit und dem Wetter abhängt. Ein Jahreswert ist daher aussagekräftiger.
Wie viel Leistung produziert Photovoltaik im Winter?
Die Photovoltaik-Leistung im Winter liegt im Durchschnitt bei 350 bis 400 Kilowattstunden pro installiertem kWp Photovoltaik. Als Winter wird in diesem Fall der Zeitraum von Oktober bis März definiert. Dies sind in Deutschland die Monate mit den niedrigsten Photovoltaik-Stromerträgen.
Wie viel Leistung produziert Photovoltaik bei Bewölkung?
Eine PV-Anlage erzielt mit 100 bis 300 Watt pro m² eine geringere Leistung bei Bewölkung. Je nach Stärke der Bewölkung wird auch der Ertrag gemindert, da nur eine diffuse Lichteinstrahlung auf die Solarmodule trifft. Die Photovoltaik-Leistung bei Bewölkung ist auch von der Art der Solarzellen und der Module abhängig. Es gibt Modelle mit besonders gutem Schwachlichtverhalten.
Was ist die maximale Leistung für private Photovoltaikanlagen?
Für Photovoltaik im privaten Bereich wird eine maximale Leistung von 10 kWp empfohlen. Bei Anlagen größer als 10 kWp wird es bei der Anmeldung beim Finanzamt etwas komplizierter. Gesetzlich gesehen gibt es keine offiziell maximal erlaubte Photovoltaik-Leistung im privaten Bereich.
Was ist die Photovoltaik-Leistung pro qm auf einem Flachdach?
Die Photovoltaik Leistung pro m² beträgt auf einem Flachdach ebenfalls 0,2 kWp. Das liegt daran, dass die Solarmodule auf einem Flachdach dank ihrer Aufständerung optimal zur Sonne ausgerichtet werden können. So entsteht kein Leistungsverlust aufgrund eines geringeren Neigungswinkels.
Wie viel Leistung erzeugt eine 20 qm große Photovoltaik-Anlage?
Eine 20 qm große Photovoltaik erzielt eine Leistung von rund 4 kWp. Dies gilt für Anlagen mit einer Modulleistung im 300 Wp Bereich. PV-Anlagen mit Hochleistungs-Modulen von 400 bis 500 Wp erzielen Leistungen von 5 bis 6 kWp auf 20 Quadratmetern.
Wie viel Leistung erzeugt eine 30 qm große Photovoltaik-Anlage?
Eine 30 qm große Photovoltaik erzielt eine Leistung von rund 6 kWp. Dafür geht man von einer Durchschnittsleistung von 0,2 kWp pro m² aus. Eine 6 kWp PV-Anlage ist ausreichend, um den Eigenbedarf eines Einfamilienhauses zu decken.
Wie viel Leistung erzeugt eine 100 qm große Photovoltaik-Anlage?
Ausgehend von einer durchschnittlichen Photovoltaik-Leistung von 0,2 kWp pro m² erzeugt eine 100 qm große Photovoltaik eine Leistung von 20 kWp.
Welche Photovoltaik-Leistung für Einfamilienhaus?
Die Leistung von Photovoltaik auf einem Einfamilienhaus beträgt in der Regel zwischen 5 und 10 kWp. Wie viel m² benötigt man dafür? Für eine 5-10 Kilowatt-Peak große Anlage werden
25 bis 50 m² Dachfläche auf dem Einfamilienhaus benötigt.
Fazit
Um die Leistung einer Photovoltaikanlage zu berechnen, sollten Sie Ihren individuellen Stromverbrauch kennen. So kann die eigene PV-Anlage perfekt auf den Eigenverbrauch dimensioniert werden. Die Leistung der Photovoltaik wird dabei in kWp (Kilowatt-Peak) angegeben. Der jährliche Stromertrag wird in kWh (Kilowattstunden) angegeben. Ein Kilowatt-Peak PV-Leistung erzeugt dabei knapp 1000 kWh im Jahr.
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