Grundlagen/Photovoltaik: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 28. September 2026, 04:08 Uhr

Photovoltaik wandelt Sonneneinstrahlung unmittelbar in elektrischen Strom, ohne bewegte Teile und ohne Verbrennung. Wirtschaftlich entscheidend ist dabei weniger die Jahressumme des Ertrags als die Gleichzeitigkeit: wie viel des erzeugten Stroms im selben Augenblick im Objekt genutzt wird.

Funktionsprinzip

Sonnenlicht löst in der Solarzelle einen Stromfluss aus; mehrere Zellen bilden ein Modul, mehrere Module einen Strang, mehrere Stränge ein Modulfeld. Der Ertrag folgt der Einstrahlung auf die geneigte Modulebene: Ausrichtung (Azimut) und Neigung bestimmen, zu welcher Tages- und Jahreszeit die Erträge anfallen. Eine Südausrichtung mit 30 bis 35 Grad Neigung liefert die höchste Jahressumme; eine Ost-West-Teilung verbreitert das Erzeugungsfenster auf Vormittag und Nachmittag. Flächen unterschiedlicher Ausrichtung lassen sich als getrennte Teilfelder rechnen. Mit steigender Zelltemperatur sinkt der Wirkungsgrad, üblich sind 0,3 bis 0,4 Prozent je Kelvin über der Referenztemperatur – heiße Sommertage liefern deshalb unterproportional viel. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Module in netzkonformen Wechselstrom; sein Teillastverhalten und seine Grenzleistung mindern den nutzbaren Ertrag zusätzlich (Einzelheiten: Wechselrichter).

Kennzahlen

Kennzahl	Bedeutung	Typischer Bereich
Spezifischer Ertrag	Jahresertrag je installierter kWp	850–1 050 kWh/kWp (Deutschland)
Performance Ratio	Verhältnis realer zu theoretischem Ertrag (Temperatur-, Verschattungs- und Wechselrichterverluste)	0,80–0,90
Eigenverbrauchsquote	Anteil der Erzeugung, der direkt oder über den Speicher selbst genutzt wird	sinkt mit wachsender Anlage
Autarkiegrad	Anteil des Strombedarfs, der aus eigener Erzeugung gedeckt wird	steigt mit wachsender Anlage
Temperaturkoeffizient	Leistungsverlust je Kelvin über 25 °C Zelltemperatur	0,3–0,4 %/K

Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad laufen gegenläufig: Eine größere Anlage steigert die Autarkie, senkt aber die Eigenverbrauchsquote, weil ein wachsender Anteil des Ertrags über den Mittagsbedarf hinausgeht.

Typische Größen

Einsatzfall	Anlagengröße	Ausrichtung
Einfamilienhaus	8–12 kWp	Süd oder Ost-West, ein bis zwei Teilfelder
Mehrfamilienhaus	25–40 kWp	häufig mehrere Dachflächen, mehrere Teilfelder
Gewerbe / Hallendach	60–150 kWp und mehr	meist Flachdach mit Aufständerung, oft Ost-West

Bei Gewerbeanlagen mit hoher Grundlast lohnt häufig eine Auslegung auf den Eigenverbrauch ohne große Überdimensionierung, weil die Einspeisevergütung deutlich unter dem Bezugspreis liegt.

Einsatz und Grenzen

Photovoltaik passt überall dort, wo eine geeignete Dach- oder Freifläche zur Verfügung steht und ein nennenswerter Tagstrombedarf besteht. Den größten Hebel für mehr Eigenverbrauch bieten oft flexible Verbraucher, die sich in die Mittagsstunden verschieben lassen – etwa eine Wärmepumpe mit Pufferspeicher als thermischem Puffer – vor einer größeren Batterie. Grenzen setzen Verschattung durch Nachbargebäude oder Bäume, Dachstatik und -ausrichtung sowie, bei sehr kleinem Tagstrombedarf, ein rasch sinkender Grenznutzen zusätzlicher Module.

Zwei Modulfelder an zwei MPP-Trackern, Hausnetz mit Haushalt und Wärmepumpe, AC-gekoppelter Stromspeicher und Netzanschluss; Nebenskizze DC-Kopplung. Prinzipbild.

In EPOS-Plan

Im Projekt legt die Kachel Photovoltaik der Startseite die Anlage im Dialog „Verwaltung Photovoltaik Module“ an; den Modulkatalog pflegt man unter Administration → Energiesysteme → Photovoltaik → PV Module. Wie die Anlage im Einzelnen eingebunden und konfiguriert wird, ein Beispiel, das Zusammenspiel mit anderen Techniken und die Fallstricke stehen auf der Anwendungsseite: Einbindung, Beispiel, Zusammenspiel, Fallstricke. Für den Wechselrichter gilt die eigene Seite Wechselrichter.

Siehe auch

Wechselrichter – Teillastverhalten, Auslegung von Modul und Gerät
Stromspeicher – Speicherung des Überschusses
Vergleich Energiebilanz – wie der Ertrag in die Gesamtbilanz eingeht
Erlösrechnung – Bewertung des selbst genutzten und eingespeisten Stroms

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-'''Photovoltaik''' ist in der Energieplanung selten eine Frage des Jahresertrags, sondern eine Frage der Gleichzeitigkeit: Entscheidend ist, wie viel des erzeugten Stroms im Objekt selbst genutzt wird. Deshalb rechnet EPOS-Plan die Stromseite in Viertelstundenschritten und stellt Erzeugung und Bedarf zeitgleich gegenüber.
+<!-- EPOS-Plan Grundlagenseite | Wikititel: Grundlagen/Photovoltaik
+     Repo-Quelle dieser Seite: Projekte/Wiki/Grundlagen - Photovoltaik.wiki
+     Pflegeregel: zuerst hier aendern, dann hochladen - nie umgekehrt. -->
+'''Photovoltaik''' wandelt Sonneneinstrahlung unmittelbar in elektrischen Strom, ohne bewegte Teile und ohne Verbrennung. Wirtschaftlich entscheidend ist dabei weniger die Jahressumme des Ertrags als die Gleichzeitigkeit: wie viel des erzeugten Stroms im selben Augenblick im Objekt genutzt wird.
-== Ertragsmodell ==
+== Funktionsprinzip ==
-{{Anker|ertragsmodell}}
+{{Anker|funktionsprinzip|ertragsmodell}}
-Der Ertrag folgt aus der Einstrahlung auf die geneigte Modulebene, der Modulleistung und dem temperaturabhängigen Wirkungsgrad. Aus Sonnenstand, Neigung und Azimut wird für jede Stunde des Klimadatensatzes der Einfallswinkel bestimmt und daraus die Strahlung auf die Modulfläche; aus Einstrahlung und Außentemperatur ergibt sich die Zelltemperatur, die den Wirkungsgrad mindert. Typisch sind 0,3 bis 0,4 Prozent Verlust je Kelvin über der Referenztemperatur, weshalb der Ertrag an heißen Sommertagen unterproportional ausfällt. Wechselrichterverluste werden pauschal berücksichtigt.
+Sonnenlicht löst in der Solarzelle einen Stromfluss aus; mehrere Zellen bilden ein Modul, mehrere Module einen Strang, mehrere Stränge ein Modulfeld. Der Ertrag folgt der Einstrahlung auf die geneigte Modulebene: {{Anker|ausrichtung-neigung-und-teilfelder}}Ausrichtung (Azimut) und Neigung bestimmen, zu welcher Tages- und Jahreszeit die Erträge anfallen. Eine Südausrichtung mit 30 bis 35 Grad Neigung liefert die höchste Jahressumme; eine Ost-West-Teilung verbreitert das Erzeugungsfenster auf Vormittag und Nachmittag. Flächen unterschiedlicher Ausrichtung lassen sich als getrennte Teilfelder rechnen. Mit steigender Zelltemperatur sinkt der Wirkungsgrad, üblich sind 0,3 bis 0,4 Prozent je Kelvin über der Referenztemperatur – heiße Sommertage liefern deshalb unterproportional viel. Der '''Wechselrichter''' wandelt den Gleichstrom der Module in netzkonformen Wechselstrom; sein Teillastverhalten und seine Grenzleistung mindern den nutzbaren Ertrag zusätzlich (Einzelheiten: [[Grundlagen/Wechselrichter|Wechselrichter]]).
-== Ausrichtung, Neigung und Teilfelder ==
+== Kennzahlen ==
-{{Anker|ausrichtung-neigung-und-teilfelder}}
+{{Anker|kennzahlen|eigenverbrauchsquote|autarkiegrad}}
-Ausrichtung und Neigung verschieben nicht nur die Jahressumme, sondern vor allem die Tagesverteilung. Eine Südanlage mit 30 bis 35 Grad Neigung liefert den höchsten Jahresertrag, eine Ost-West-Aufteilung dagegen ein breiteres Erzeugungsfenster mit Spitzen am Vormittag und am Nachmittag – bei gleichem Bedarf oft der höhere Eigenverbrauch. Flachere Aufständerung begünstigt den Sommer, steilere den Winter und die Übergangszeit. Mehrere Teilfelder mit unterschiedlicher Ausrichtung lassen sich getrennt anlegen und werden in der Bilanz addiert; damit ist der Vergleich Süd gegen Ost-West unmittelbar zu rechnen.
+{| class="wikitable"
+! Kennzahl !! Bedeutung !! Typischer Bereich
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+| Spezifischer Ertrag || Jahresertrag je installierter kWp || 850–1 050 kWh/kWp (Deutschland)
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+| Performance Ratio || Verhältnis realer zu theoretischem Ertrag (Temperatur-, Verschattungs- und Wechselrichterverluste) || 0,80–0,90
+|-
+| Eigenverbrauchsquote || Anteil der Erzeugung, der direkt oder über den Speicher selbst genutzt wird || sinkt mit wachsender Anlage
+|-
+| Autarkiegrad || Anteil des Strombedarfs, der aus eigener Erzeugung gedeckt wird || steigt mit wachsender Anlage
+|-
+| Temperaturkoeffizient || Leistungsverlust je Kelvin über 25 °C Zelltemperatur || 0,3–0,4 %/K
+|}
-== Eigenverbrauch, Autarkie und Speicher ==
+Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad laufen gegenläufig: Eine größere Anlage steigert die Autarkie, senkt aber die Eigenverbrauchsquote, weil ein wachsender Anteil des Ertrags über den Mittagsbedarf hinausgeht.
-{{Anker|eigenverbrauch-autarkie-und-speicher|eigenverbrauchsquote|autarkiegrad}}
-Die Bilanz folgt der üblichen Rangfolge: Der erzeugte Strom deckt zunächst den zeitgleichen Bedarf, lädt anschließend den Stromspeicher und wird erst danach als Überschuss eingespeist. Reicht die Erzeugung nicht, wird zuerst der Speicher entladen, der Rest ist Netzbezug. Daraus ergeben sich zwei Kennzahlen, die gegenläufig reagieren: Die '''Eigenverbrauchsquote''' sagt, welcher Anteil der Erzeugung selbst genutzt wird, und sinkt mit wachsender Anlage. Der '''Autarkiegrad''' sagt, welcher Anteil des Bedarfs aus eigener Erzeugung gedeckt wird, und steigt mit wachsender Anlage. Wirtschaftlich zählt vor allem die Eigenverbrauchsquote, weil selbst genutzter Strom den vollen Bezugspreis ersetzt, während die Einspeisung deutlich niedriger vergütet wird.
+== Typische Größen ==
+{{Anker|typische-groessen|auslegung-in-der-praxis}}
-== Zusammenspiel mit der Wärmeseite ==
+{| class="wikitable"
-{{Anker|zusammenspiel-mit-der-waermeseite}}
+! Einsatzfall !! Anlagengröße !! Ausrichtung
+|-
+| Einfamilienhaus || 8–12 kWp || Süd oder Ost-West, ein bis zwei Teilfelder
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+| Mehrfamilienhaus || 25–40 kWp || häufig mehrere Dachflächen, mehrere Teilfelder
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+| Gewerbe / Hallendach || 60–150 kWp und mehr || meist Flachdach mit Aufständerung, oft Ost-West
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-Der wirksamste Hebel für mehr Eigenverbrauch ist oft nicht die Batterie, sondern die Wärmepumpe: Im PV-optimierten Betriebsmodus fährt sie bevorzugt in den Mittagsstunden und nutzt Pufferspeicher und Gebäudemasse als thermischen Speicher. Weil thermische Speicherkapazität deutlich günstiger ist als elektrische, lohnt es sich, diese Variante zu rechnen, bevor die Batterie vergrößert wird. Auch ein Elektroheizstab oder ein Elektrokessel kann als Überschussverbraucher sinnvoll sein – allerdings mit dem schlechtesten Wirkungsgrad aller Optionen.
+Bei Gewerbeanlagen mit hoher Grundlast lohnt häufig eine Auslegung auf den Eigenverbrauch ohne große Überdimensionierung, weil die Einspeisevergütung deutlich unter dem Bezugspreis liegt.
-== Auslegung in der Praxis ==
+== Einsatz und Grenzen ==
-{{Anker|auslegung-in-der-praxis}}
+{{Anker|einsatz-und-grenzen|zusammenspiel-mit-der-waermeseite|eigenverbrauch-autarkie-und-speicher}}
-Beginnen Sie mit dem Lastgang: Liegt ein gemessenes Jahr in Viertelstundenwerten vor, ist jede weitere Modellverfeinerung zweitrangig. Rechnen Sie dann die reine PV-Anlage in zwei bis drei Größen und lesen Sie Eigenverbrauch und Überschuss ab; ergänzen Sie erst danach Speicher und Wärmepumpenbetrieb. Ein Blick auf einen einzelnen Sommertag im Stromdiagramm zeigt anschaulicher als jede Jahreszahl, wie Erzeugung, Direktverbrauch, Speicherladung und Einspeisung zusammenspielen. Verschattung durch Nachbargebäude, Bäume oder Dachaufbauten wird im Modell nicht automatisch erfasst und ist gegebenenfalls über eine reduzierte Modulanzahl oder einen Abschlag zu berücksichtigen.
+Photovoltaik passt überall dort, wo eine geeignete Dach- oder Freifläche zur Verfügung steht und ein nennenswerter Tagstrombedarf besteht. Den größten Hebel für mehr Eigenverbrauch bieten oft flexible Verbraucher, die sich in die Mittagsstunden verschieben lassen – etwa eine Wärmepumpe mit Pufferspeicher als thermischem Puffer – vor einer größeren Batterie. Grenzen setzen Verschattung durch Nachbargebäude oder Bäume, Dachstatik und -ausrichtung sowie, bei sehr kleinem Tagstrombedarf, ein rasch sinkender Grenznutzen zusätzlicher Module.
-Wie der Ertrag in die Gesamtbilanz eingeht, beschreibt [[Grundlagen/Vergleich Energiebilanz|Vergleich der Energiebilanz]]; die Bewertung des selbst genutzten Stroms behandelt die [[Grundlagen/Erlösrechnung|Erlösrechnung]].
+[[Datei:Einbindung_PV_Stromspeicher.svg|mini|zentriert|800px|Zwei Modulfelder an zwei MPP-Trackern, Hausnetz mit Haushalt und Wärmepumpe, AC-gekoppelter Stromspeicher und Netzanschluss; Nebenskizze DC-Kopplung. Prinzipbild.]]
-== Strang und Wechselrichter: Normen und Auslegungspraxis ==
+== In EPOS-Plan ==
-{{Anker|normen-strangauslegung}}
+{{Anker|in-epos-plan}}
-Die elektrische Zusammenstellung von Modulen und Wechselrichter ist der Teil der Planung, der am engsten an Regelwerken hängt – und zugleich der, den ein Planungswerkzeug nur zum Teil abnehmen kann. EPOS-Plan prüft, ob '''Modul und Gerät elektrisch zusammenpassen''': Leerlaufspannung im kalten Fall, MPP-Fenster in beiden Temperaturfällen, Strom je MPP-Tracker, Eingangsleistung und Gerätezahl. Maßstab sind dabei ausschließlich die '''Datenblattgrenzen des gewählten Wechselrichters'''; wie im Einzelnen gerechnet wird, steht unter [[Programm Dokumentation/Berechnung/Photovoltaik#strangpruefung|Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter]].
+Im Projekt legt die Kachel Photovoltaik der Startseite die Anlage im Dialog „Verwaltung Photovoltaik Module“ an; den Modulkatalog pflegt man unter Administration → Energiesysteme → Photovoltaik → PV Module. Wie die Anlage im Einzelnen eingebunden und konfiguriert wird, ein Beispiel, das Zusammenspiel mit anderen Techniken und die Fallstricke stehen auf der Anwendungsseite: [[Programm Dokumentation/Photovoltaik#einbindung|Einbindung]], [[Programm Dokumentation/Photovoltaik#beispiel|Beispiel]], [[Programm Dokumentation/Photovoltaik#zusammenspiel|Zusammenspiel]], [[Programm Dokumentation/Photovoltaik#fallstricke|Fallstricke]]. Für den Wechselrichter gilt die eigene Seite [[Grundlagen/Wechselrichter|Wechselrichter]].
-Nicht Gegenstand dieser Prüfung und Sache einer Elektrofachkraft ist alles, was darüber hinausgeht: Schutz gegen elektrischen Schlag und Brandschutz, Querschnitte der Gleichstromleitungen samt Sicherungen und Schaltern, Überspannungsschutz, Erdung und Potentialausgleich sowie Netzanschluss und Anmeldung. Eine grüne Ampel im Programm heißt: Das Gerät nimmt keinen Schaden und regelt im Fenster. Sie heißt nicht: Die Anlage ist normkonform. Den Rahmen dafür setzen im Wesentlichen '''DIN VDE 0100-712''' (Errichten von Niederspannungsanlagen – Photovoltaik-Stromversorgungssysteme), '''IEC 62548''' (Auslegungsanforderungen an Photovoltaik-Generatoren) und die Anwendungsregel '''VDE-AR-N 4105''' (Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz). Die folgenden Grundsätze geben sie dem Sinn nach wieder; verbindlich ist allein der jeweilige Normtext in der geltenden Fassung.
-'''Über die Spannung entscheidet der kalte Fall.''' Maßgeblich ist die Leerlaufspannung des Strangs bei der '''niedrigsten am Standort zu erwartenden Temperatur''', gerechnet mit dem Temperaturkoeffizienten des Modulherstellers – Kälte hebt die Spannung, und der ungünstigste Zustand ist der klare Wintermorgen, bevor der Wechselrichter zuschaltet. Liegt kein Koeffizient vor, ist ersatzweise ein pauschaler Korrekturfaktor vorgesehen; für kristallines Silizium beträgt er 1,15 auf die Leerlaufspannung unter Standardbedingungen. In der deutschen Planungspraxis verbreitet ist das feste Wertepaar '''−10 °C für den kalten und +70 °C Zelltemperatur für den heißen Fall'''; mit ihm rechnet auch EPOS-Plan. An einem Standort mit tieferen Wintertemperaturen ist der kalte Fall gesondert nachzurechnen.
-'''Der Strom bekommt einen Aufschlag.''' Gleichstromleitungen, Sicherungen und Schalter werden nicht auf den Kurzschlussstrom unter Standardbedingungen bemessen, sondern auf das '''1,25-fache''' davon: Wolkenrand- und Albedoeffekte lassen die Einstrahlung kurzzeitig über 1&nbsp;000 Watt je Quadratmeter steigen. Dieser Faktor gehört zur Bemessung der Betriebsmittel. Die Strangprüfung in EPOS-Plan enthält ihn '''nicht''' – sie vergleicht den temperaturkorrigierten Strom mit der Eingangsgrenze des Geräts und ersetzt die Leitungsberechnung nicht.
-'''Die Systemspannung begrenzt die Betriebsmittelklasse.''' Module, Leitungen, Steckverbinder und Schalter sind für eine Spannungsklasse gebaut; im Gebäudebereich sind das üblicherweise 1&nbsp;000 V Gleichspannung, bei Großanlagen 1&nbsp;500 V. Diese Grenze ist eine Eigenschaft der verbauten Betriebsmittel und nicht des Wechselrichters allein, weshalb EPOS-Plan sie nicht prüft – die Spannungsprüfung misst gegen die maximale Eingangsspannung des gewählten Geräts. Bei langen Strängen ist sie zusätzlich zu beachten.
-'''Das DC/AC-Verhältnis ist eine Wirtschaftlichkeitsfrage.''' Mehr Modulleistung an einem Wechselrichter als dessen Wechselstrom-Nennleistung ist der Regelfall und kein Mangel: Die Spitzenleistung wird nur an wenigen Stunden im Jahr erreicht, und ein knapper bemessenes Gerät arbeitet die übrige Zeit in einem besseren Teillastbereich. Der Preis dafür ist das Abregeln der Mittagsspitze. Üblich sind Verhältnisse von 1,1 bis 1,3; EPOS-Plan mahnt erst außerhalb des Bandes 1,0 bis 1,5 an und verhindert die Eingabe nicht. Bei Ost-West-Anlagen darf der Wert höher liegen, weil die Teilfelder ihre Spitzen nicht zur selben Zeit erreichen.
-'''Datenblatt und Katalog rechnen unterschiedlich.''' Datenblätter geben die Temperaturkoeffizienten meist '''relativ''' in Prozent je Kelvin an, der Modulkatalog von EPOS-Plan führt sie '''absolut''' in Volt je Kelvin und Ampere je Kelvin. Umgerechnet wird über die Werte unter Standardbedingungen:
-: <math>\beta_{\mathrm{OC}}\;[\mathrm{V/K}] = \frac{\beta_{\mathrm{rel}}\;[\%/\mathrm{K}] \cdot U_{\mathrm{OC,STC}}\;[\mathrm{V}]}{100}
-   \qquad
-   \alpha_{\mathrm{SC}}\;[\mathrm{A/K}] = \frac{\alpha_{\mathrm{rel}}\;[\%/\mathrm{K}] \cdot I_{\mathrm{SC,STC}}\;[\mathrm{A}]}{100}</math>
-Ein ungerechnet übernommener Prozentwert verschiebt die Spannungs- und Stromprüfungen um Größenordnungen. Der Import aus PVsyst-Dateien rechnet deshalb selbsttätig um, und von Hand gepflegte Werte werden beim Speichern auf Plausibilität geprüft.
 == Siehe auch ==
 {{Anker|siehe-auch}}
-* [[Photovoltaik]] – Programmfunktion: Teilfelder, Modulleistung und Ausrichtung
+* [[Grundlagen/Wechselrichter|Wechselrichter]] – Teillastverhalten, Auslegung von Modul und Gerät
-* [[Erzeuger und Speicher auswählen]] – Auswahl der Erzeuger im Programmablauf
+* [[Grundlagen/Stromspeicher|Stromspeicher]] – Speicherung des Überschusses
-* [[Programm Dokumentation/Berechnung/Photovoltaik#strangpruefung|Berechnung: Modul, Strang und Wechselrichter]] – die acht Prüfregeln mit Formeln, Rechenbeispiel und Auslegungshilfe
+* [[Grundlagen/Vergleich Energiebilanz|Vergleich Energiebilanz]] – wie der Ertrag in die Gesamtbilanz eingeht
+* [[Grundlagen/Erlösrechnung|Erlösrechnung]] – Bewertung des selbst genutzten und eingespeisten Stroms
 {{Navigation Grundlagen}}
 [[Kategorie:Grundlagen]]