Solarmodul-Ertragsrechner: Echte kWh pro Modul, Tag und Jahr

Nennleistung und echter Ertrag sind nicht dasselbe

Jedes Solarmodul hat eine Nennleistung in Watt, gemessen unter Standardtestbedingungen (STC): 1000 W/m² Licht und eine Zelle mit 25°C. Ein echtes Modul erlebt fast nie beides zugleich. Wenn das Licht stark ist, ist die Zelle heiß, und wenn die Zelle kühl ist, ist das Licht schwach. Dazu wird etwas Licht am Glas reflektiert, Staub hält weiteres Licht ab, und die Leitungen und der Wechselrichter nehmen ihren Anteil. Dieser Solarmodul-Ertragsrechner geht all das durch, damit Sie sehen, was ein Modul und die ganze Anlage wirklich liefern und wohin der Rest geht.

In New York erreicht ein TOPCon-Modul mit 450 W auf einem Schrägdach im besten Winkel an einem klaren Tag eine Spitze von etwa 373 W, das sind 83% des Etiketts, und erzeugt etwa 608 kWh pro Jahr. Eine Anlage aus 12 solchen Modulen (5,4 kWp) liefert etwa 7.295 kWh pro Jahr, mit einer Performance Ratio von 79,6%.

Ertrag pro Modul, pro Tag, pro Monat und pro Jahr

Die Ergebnisse zeigen den Ertrag in jeder wichtigen Einheit. Die kWh pro Jahr der Anlage vergleichen Sie mit Ihrer Stromrechnung und dem Angebot eines Installateurs. Der Ertrag eines Moduls beantwortet die häufige Frage, wie viel Strom ein Solarmodul erzeugt. Die kWh pro Tag im Winter und im Sommer zählen für Batterien und Inselanlagen. Der spezifische Ertrag in kWh pro kWp macht Orte und Anlagen jeder Größe vergleichbar.

Ein kostenloser Ertragsrechner ohne Anmeldung

Es gibt kein Konto, keine E-Mail und keine Telefonnummer. Der gewählte Punkt dient nur der Berechnung des Sonnenlichts und wird nicht gespeichert, und das PDF entsteht in Ihrem eigenen Browser. So ist es ein neutraler PV-Ertragsrechner, mit dem Sie ein Angebot prüfen können, bevor Sie mit jemandem sprechen.

Wer nutzt einen PV-Ertragsrechner?

Hausbesitzer, die wissen wollen, was ihre Module wirklich erzeugen. Besitzer bestehender Anlagen, die prüfen wollen, ob ihr Ertrag normal ist. Installateure, die einem Kunden den Abstand zwischen Etikett und Zähler erklären müssen. Ingenieure und Studierende, die die Wirkung von Wärme, Wechselrichtergröße oder Modultechnologie sehen wollen. Für die Zahl der Module, die auf ein Dach passen, nutzen Sie den Dach-Solarrechner. Für eine schnelle kWh-Zahl nach Ort nutzen Sie den Solarmodul-Energierechner, und für den besten Winkel den Neigungswinkel-Rechner für Solarmodule.

Die wichtigsten Funktionen dieses Solarmodul-Ertragsrechners

• Jeder Ort der Erde: Klick auf die Karte, Suche nach Adresse oder Postleitzahl, aktueller Standort oder Koordinaten.
• Jede Modulleistung von 10 bis 1.000 W und bis zu 20.000 Module, mit sechs Technologien und ihren Datenblattwerten.
• Beste Neigung oder eigene Neigung und Ausrichtung, und drei Montagearten mit eigener Zelltemperatur.
• Eine Klimaschätzung aus der Breite, oder Ihre eigene Jahrestemperatur und Jahresschwankung.
• Jeder Verlust als Einstellung: Verschmutzung, Schatten, Mismatch, DC-Leitungen, LID, Wechselrichterwirkungsgrad, DC/AC-Verhältnis, AC-Leitungen und Verfügbarkeit.
• Ertrag pro Jahr, pro Modul, pro Tag und pro Monat, die Performance Ratio, die Spitzenleistung an einem klaren Tag und die Zelltemperatur.
• Die Datenblattleistung (STC und NOCT) und die echte Leistung eines Moduls nebeneinander.
• Diagramme: Verlustkette, Monatsertrag, Leistung über den Tag, Luft- und Zelltemperatur, Ertrag über die Jahre, Technologievergleich.
• Tabellen: Verlustkette, Monat für Monat, sechs Technologien, sechs Wechselrichtergrößen, Ertrag über die Jahre und ein Modul jeder Größe.
• Eine Bewertung eines Solaringenieurs mit nächsten Schritten, ein Kartenfenster mit Teilen per WhatsApp, ein Link zum Kopieren und ein PDF-Bericht.

Ertrag eines Moduls nach Größe und Stadt

Die Tabelle zeigt den mittleren Tagesertrag eines Moduls nach allen Verlusten für gängige Leistungen in sechs Klimazonen. Alle Module sind TOPCon auf einem Schrägdach in der besten Neigung für den Ort, mit den Standardverlusten des Rechners.

Ein 400-W-Solarmodul erzeugt in Phoenix etwa 2,05 kWh pro Tag, in Oslo aber nur 0,90 kWh. Die Nennleistung ist gleich, das Sonnenlicht nicht. Für das Jahr multiplizieren Sie mit 365: Ein 400-W-Modul erzeugt in New York etwa 540 kWh pro Jahr.

Spitzensonnenstunden: die Brücke zwischen Watt und kWh

Spitzensonnenstunden sind das tägliche Sonnenlicht auf dem Modul, ausgedrückt als Stunden voller Sonne (1000 W/m²). Ein Modul im besten Winkel erhält in New York im Jahresmittel 4,65 Spitzensonnenstunden pro Tag, in Phoenix 6,59 und in London 3,15. Ein 400-W-Modul würde in New York 0,4 kW x 4,65 h = 1,86 kWh pro Tag erzeugen, wenn es keine Verluste gäbe. Der echte Ertrag ist um die Performance Ratio kleiner.

Die Verlustkette einer Anlage in New York

Das Beispiel sind 12 TOPCon-Module mit 450 W (5,4 kWp) in New York, mit 32° nach Süden auf einem Schrägdach, mit einem Wechselrichter von 4,50 kW (DC/AC-Verhältnis 1,2). Die Module erhalten 1.697 kWh Sonnenlicht pro m² und Jahr, bei Nennleistung würden sie also 9.165 kWh erzeugen. Diagramm und Tabelle zeigen, was jeder Schritt wegnimmt.

Die Performance Ratio

Die Performance Ratio (PR) ist die gelieferte Energie geteilt durch die Energie, die die Module bei Nennleistung mit demselben Sonnenlicht erzeugen würden. Sie ist der Anteil der Sonnenenergie, der alle Verluste übersteht.

Die PR ist an kühlen Orten am höchsten, weil die Module nahe 25°C arbeiten, und an heißen Orten am niedrigsten. Deshalb erzeugt ein sonniger, heißer Ort nicht so viel mehr Energie, wie sein Sonnenlicht allein vermuten lässt.

Wie heiß eine Solarzelle wird: das NOCT-Modell

Eine Solarzelle wird von dem Licht erwärmt, das sie nicht in Strom umwandelt. Das Datenblatt nennt die NOCT (nominale Betriebstemperatur der Zelle): die Zelltemperatur bei 800 W/m², 20°C Luft und 1 m/s Wind auf einem offenen Gestell. Daraus ergibt sich die Zelltemperatur in jedem Moment:

Beispiel: ein heller Moment mit 900 W/m² auf einem TOPCon-Modul (NOCT 43°C) auf einem Schrägdach (51°C mit Montage), bei 30°C Lufttemperatur. Die Zelle hat 30 + (51 - 20) / 800 x 900 = 64,9°C.

Der Temperaturkoeffizient von Pmax

Der Temperaturkoeffizient von Pmax gibt an, wie viel Leistung das Modul für jedes Grad über 25°C verliert. Für die Beispielzelle mit 64,9°C und einem Koeffizienten von -0,30%/°C:

Montage und Luftspalt

Luft hinter dem Modul führt Wärme ab. Dasselbe Modul bleibt auf einem offenen Gestell kühler als auf einem Dach und wird am heißesten, wenn es ohne Luftspalt ins Dach eingebaut ist.

Warum tiefe Sonne weniger Leistung bringt

Glas reflektiert mehr Licht, wenn das Licht in flachem Winkel auftrifft. Der Rechner nutzt den ASHRAE-Einfallswinkelfaktor (IAM) für das direkte Licht und einen festen Wert von 0,94 für Himmels- und Bodenlicht:

Über ein Jahr kostet das in New York etwa 3,2%. Module, die vom Äquator weg zeigen oder steil stehen, verlieren mehr, weil mehr ihres Lichts in flachem Winkel ankommt.

Was das DC/AC-Verhältnis bedeutet

Das DC/AC-Verhältnis ist die Modulleistung geteilt durch die AC-Leistung des Wechselrichters. Ein Generator mit 5,4 kWp an einem Wechselrichter mit 4,50 kW hat ein Verhältnis von 1,2. Weil die Module ihre Nennleistung selten erreichen, wählen Installateure oft ein Verhältnis von 1,1 bis 1,3: Der Wechselrichter ist kleiner und günstiger und arbeitet den größten Teil des Tages in einem effizienteren Bereich seiner Kurve. Der Preis ist die Abregelung: In den hellsten Stunden wird die überschüssige Gleichstromleistung abgeschnitten.

Abregelungsverlust nach DC/AC-Verhältnis

Wirkungsgrad des Wechselrichters

Moderne Strangwechselrichter wandeln 96 bis 98,5% der Gleichstromleistung in Wechselstrom um. Nutzen Sie den gewichteten Wirkungsgrad aus dem Datenblatt (europäischer Wirkungsgrad in Europa, CEC in den USA), weil er den echten Teillastbetrieb besser abbildet als der Spitzenwert.

LID im ersten Jahr und jährliche Degradation

Neue Module verlieren in den ersten Sonnentagen einen kleinen Teil ihrer Leistung. Das ist die lichtinduzierte Degradation (LID): etwa 1 bis 2% bei p-Typ-PERC und 0,5 bis 1% bei n-Typ-Zellen. Danach sinkt die Leistung langsam, um etwa 0,25 bis 0,7% pro Jahr je nach Technologie. Der Rechner wendet die LID auf Jahr 1 an und danach die jährliche Rate.

Über 25 Jahre liefert die TOPCon-Anlage mit 5,4 kWp in New York insgesamt etwa 173.888 kWh. Prüfen Sie die lineare Leistungsgarantie der Module: Die meisten versprechen 80 bis 90% der Nennleistung nach 25 bis 30 Jahren.

Klarer Tag und mittlerer Tag

Ein mittlerer Tag mischt klares und bewölktes Wetter. Seine Mittagsleistung ist kleiner als die eines klaren Tages, und er zeigt nie die echte Spitze. Deshalb teilt der Rechner jeden Monat in klare und bedeckte Tage, so gewichtet, dass der Monat das Sonnenlicht der gewählten Himmelseinstellung behält. Die Spitze an einem klaren Tag liegt in New York bei etwa 4,48 kW für 5,4 kWp, gegen 11:00 Uhr Sonnenzeit.

Ost- und Westmodule

Module mit 30° nach Osten erzeugen in New York etwa 5.996 kWh pro Jahr, 18% weniger als im besten Winkel, aber ihre Leistung kommt früher am Tag, und sie werden weniger abgeregelt. Ost-West-Anlagen sind auf Flachdächern üblich, weil die Reihen dicht stehen können.

So lesen Sie die Städtetabellen

Jede Zeile ist dieselbe Anlage (12 TOPCon-Module mit 450 W, 5,4 kWp) in der besten Neigung für die Stadt, auf einem Schrägdach, mit den Standardverlusten und einer Klimaschätzung aus der Breite. Klicken Sie oben auf der Karte auf die Stadt, um Ihre eigenen Module einzustellen.

Ertrag von Solarmodulen in den USA

Ertrag von Solarmodulen in Europa

Ertrag von Solarmodulen in Australien

Ertrag von Solarmodulen in Großbritannien

Das Sonnenlichtmodell

1. Für den mittleren Tag jedes Monats bestimmt er die Sonnendeklination, die Tageslänge und das Sonnenlicht über der Atmosphäre (Duffie und Beckman).
2. Er schwächt dieses Licht mit einer Klarhimmel-Atmosphäre (Hottel, 1976) und einem Wolkenfaktor aus der Himmelseinstellung ab.
3. Er teilt den Monat in klare und bedeckte Tage (20% eines klaren Tages), so gewichtet, dass der Monat dasselbe Sonnenlicht behält.
4. Für jeden Tagestyp teilt er das Licht in direktes und diffuses Licht (Erbs, Klein und Duffie, 1982) und verteilt es auf 144 Schritte des Tages (Collares-Pereira und Rabl, 1979).
5. In jedem Schritt bestimmt er den Sonnenwinkel auf dem Modul und das direkte, das Himmels- und das Bodenlicht auf dem geneigten Modul (Liu und Jordan, 1963, mit 20% Bodenreflexion).

Das Ertragsmodell

1. Reflexion: ASHRAE-Einfallswinkelfaktor mit b0 = 0,05 für direktes Licht, 0,94 für Himmels- und Bodenlicht.
2. Verschmutzung und Schatten, wie eingestellt.
3. Zelltemperatur aus dem NOCT-Modell, mit dem Montagezuschlag auf die NOCT, und Lufttemperatur aus Jahresmittel, Jahresschwankung und einer Tagesschwankung von ±5°C.
4. Leistungsänderung durch den Temperaturkoeffizienten von Pmax.
5. Mismatch, DC-Leitungen und LID im ersten Jahr.
6. Wechselrichterwirkungsgrad, dann Abregelung an der AC-Leistung des Wechselrichters.
7. AC-Leitungen und Verfügbarkeit.
8. Spätere Jahre: jährliche Degradation nach Jahr 1.

Jeder Schritt behält die Energie, die er wegnimmt, sodass die Verlustkette immer genau den gelieferten Ertrag ergibt.

Genauigkeit und Grenzen

Für eine gut gebaute Anlage liegt die Schätzung meist innerhalb von etwa 10% von PVWatts und PVGIS, die gemessene Wetterjahre verwenden. Das Modell kennt keinen örtlichen Schatten, keine Schneedecke, nicht das echte Wetter eines bestimmten Jahres und nicht das genaue Klima eines Tals oder einer Küste. Die Temperaturschätzung aus der Breite ist grob: Geben Sie den echten Jahresmittelwert Ihres Ortes ein, um einen besseren Temperaturverlust zu erhalten. Lassen Sie vor einem Kauf den Ort von einem Installateur prüfen.

Begriffe in den Ergebnissen

STC (Standardtestbedingungen)

1000 W/m² Licht, eine Zelle mit 25°C und eine Luftmasse von 1,5. Die Nennleistung eines Moduls wird unter STC gemessen.

NOCT / NMOT

Zelltemperatur bei 800 W/m², 20°C Luft und 1 m/s Wind. Dient zur Schätzung der echten Zelltemperatur.

Temperaturkoeffizient von Pmax

Leistungsänderung für jedes Grad Zelltemperatur Abweichung von 25°C, in %/°C.

POA-Einstrahlung

Sonnenlicht in der Ebene der Module, in W/m² zu einem Zeitpunkt oder kWh/m² über einen Tag oder ein Jahr.

Spitzensonnenstunden

Das tägliche POA-Sonnenlicht als Stunden mit 1000 W/m².

Performance Ratio (PR)

Gelieferte AC-Energie geteilt durch kWp x POA-Sonnenlicht. Der Anteil der Sonnenenergie, der alle Verluste übersteht.

Spezifischer Ertrag

Jahresenergie pro kWp Module, in kWh/kWp.

Kapazitätsfaktor

Jahresenergie geteilt durch die Energie der Module bei voller Nennleistung das ganze Jahr (8.766 Stunden).

IAM

Einfallswinkelfaktor: der Anteil des Lichts, der bei einem bestimmten Winkel ins Glas eintritt.

LID

Lichtinduzierte Degradation: der kleine Leistungsverlust neuer Zellen in ihren ersten Sonnentagen.

DC/AC-Verhältnis

Modulleistung (DC) geteilt durch die AC-Leistung des Wechselrichters.

Abregelung (Clipping)

DC-Leistung über dem, was der Wechselrichter als AC liefern kann. Sie wird abgeschnitten und geht verloren.

Weitere kostenlose Solarrechner

• Solarmodul-Energierechner nach Standort: kWh pro Jahr nach Ort, Spitzensonnenstunden und eine Heatmap für Neigung und Ausrichtung.
• Dach-Solarrechner: Dach zeichnen und sehen, wie viele Module passen und was sie erzeugen.
• Neigungswinkel-Rechner für Solarmodule: der beste Winkel für das Jahr, jede Jahreszeit und jeden Monat.