Die Nennleistung eines Solarmoduls in Watt-Peak gilt unter Laborbedingungen: senkrechte Einstrahlung, definierte Lichtmenge, 25 °C Zelltemperatur. Keine dieser Bedingungen herrscht auf einem Dach oder Deck. Wer mit Wp rechnet, plant regelmäßig die Hälfte der nötigen Fläche ein.
Vom Watt-Peak zum Tagesertrag
Brauchbar ist eine Rechnung, die von der Nennleistung auf einen Tagesertrag in Wattstunden schließt. Der Faktor dafür hängt von Jahreszeit, Breitengrad, Ausrichtung und Verschattung ab.
| Zeitraum | Ertrag je 100 Wp und Tag | Anmerkung |
|---|---|---|
| Hochsommer, unverschattet | etwa 400–500 Wh | lange Tage, flacher Einfallswinkel bei fest liegenden Modulen |
| Frühjahr und Herbst | etwa 200–300 Wh | Planungsgrundlage für die verlängerte Saison |
| Winter, Mitteleuropa | etwa 50–100 Wh | reicht meist nur für Ruhestrom und Erhaltung |
| Teilverschattet | stark reduziert | siehe unten — nicht proportional zur Schattenfläche |
Richtwerte für fest montierte Module in Mitteleuropa. Nachgeführte oder aufstellbare Module liegen höher, Module auf einem Bimini oder unter einem Mast durch Verschattung oft deutlich darunter.
Die Auslegung in vier Schritten
- Tagesverbrauch bestimmen. In Amperestunden aus der Verbraucherliste, dann mit der Bordnetzspannung in Wattstunden umrechnen: 90 Ah bei 12 V sind 1.080 Wh.
- Zielsetzung festlegen. Soll Solar den Verbrauch vollständig decken, oder nur den Ruhestrom und einen Teil? Beides sind legitime Ziele mit sehr unterschiedlicher Fläche.
- Auf Nennleistung zurückrechnen. Benötigte Wattstunden geteilt durch den Ertragsfaktor der Zielsaison. Für 1.080 Wh im Sommer bei 450 Wh je 100 Wp: rund 240 Wp.
- Reserve und Verluste aufschlagen. Regler, Leitung und Alterung kosten Ertrag. Zehn bis zwanzig Prozent Aufschlag sind realistisch.
Wer dieselbe Anlage ganzjährig autark betreiben will, rechnet nicht mit dem Sommerwert, sondern mit dem der schlechtesten Saison — und landet bei einem Vielfachen der Fläche. In der Praxis ist das der Punkt, an dem die Entscheidung zwischen „Solar deckt alles“ und „Solar verlängert die Zeit zwischen zwei Ladeläufen“ fällt.
Verschattung: der größte Einzelfehler
Ein Solarmodul besteht aus in Reihe geschalteten Zellen. Verschattet ein Mast, eine Reling oder ein Dachaufbau auch nur einen Teil, begrenzt die schwächste Zelle den Strom des gesamten Strings. Der Ertragsverlust ist deshalb nicht proportional zur Schattenfläche — ein schmaler Schatten quer über ein Modul kann den Ertrag weit überproportional einbrechen lassen.
Daraus folgen drei Regeln für die Platzierung: Schatten über den Tagesverlauf betrachten, nicht zum Zeitpunkt der Montage. Mehrere kleine Module getrennt regeln statt ein großes teilverschattetes. Und lieber eine kleinere, freie Fläche als eine größere im Halbschatten.
MPPT oder einfache Regelung
Ein einfacher Regler verbindet Modul und Batterie und lässt das Modul auf der Batteriespannung arbeiten. Das ist selten der Punkt höchster Leistung: Ein Modul mit 36 Zellen liefert seine maximale Leistung bei etwa 17 bis 18 Volt — an einer Batterie-Bank mit 12 Volt arbeitet es zwangsweise bei 13 bis 14.
Ein MPPT-Regler sucht laufend den Arbeitspunkt mit der höchsten Leistung und wandelt die überschüssige Spannung in Strom um. Der Gewinn ist am größten bei Kälte, bei hoher Modulspannung und bei wechselnder Einstrahlung; bei warmem Wetter und kleiner Anlage fällt er geringer aus.
Zwei weitere Punkte sprechen für MPPT, sobald die Anlage wächst: Man kann Module in Reihe schalten und damit mit höherer Spannung und dünnerem Kabel arbeiten, und moderne Regler bieten mehrstufige Ladekennlinien je Batterietyp statt einer festen Abschaltspannung.
HinweisMaßgeblich für die Reglerwahl sind zwei Werte des Moduls: die Leerlaufspannung bei tiefer Temperatur — sie darf die zulässige Eingangsspannung des Reglers nie überschreiten — und der Kurzschlussstrom. Beide stehen im Datenblatt und beide steigen, nicht sinken, wenn es kalt wird.
Verkabelung und Absicherung
Die Leitung vom Regler zur Batterie ist eine Ladeleitung wie jede andere: Sie gehört nahe an der Batterie abgesichert, nicht am Regler. Auf der Modulseite ist eine Sicherung dann erforderlich, wenn mehrere Strings parallel geschaltet sind — dann kann ein fehlerhafter String von den übrigen rückgespeist werden.
Der Querschnitt folgt derselben Rechnung wie im übrigen Bordnetz über Strom, doppelte Leitungslänge und zulässigen Spannungsfall. Bei Solar ist der zulässige Fall enger zu wählen als bei einem Verbraucher: Was hier verloren geht, fehlt dauerhaft am Ertrag.
Typische Fehler
- Mit Watt-Peak statt Tagesertrag gerechnet. Führt zuverlässig zu einer zu kleinen Anlage.
- Nur den Sommer betrachtet. Die Anlage trägt dann genau in der Hälfte des Jahres nicht.
- Teilverschattung unterschätzt. Ein schmaler Schatten kostet mehr als seine Fläche vermuten lässt.
- Leerlaufspannung bei Kälte nicht geprüft. Der Regler sieht im Winter mehr Spannung als im Datenblatt der Sommerwert nahelegt.
- Ladeschlussspannung nicht auf den Batterietyp gestellt. Die Anlage lädt, aber nie voll.
- Absicherung am Regler statt an der Batterie. Schützt die falsche Hälfte der Leitung.
