Neigungswinkel-Rechner für Solarmodule: Bester Winkel für Solarmodule an Meinem Standort

Wer Kann Diesen Neigungswinkel-Rechner für Solarmodule Nutzen?

Hausbesitzer, die eine Dach- oder Freiflächenanlage planen, Installationsbetriebe, die eine schnelle Prüfung brauchen, Besitzer von Hütten ohne Netzanschluss, Wohnmobil- und Bootsbesitzer, Lehrkräfte und Lernende nutzen ihn. Wenn Sie Ihren Breitengrad finden können, können Sie ihn nutzen. Der Rechner hilft auch, wenn Sie schon Module haben und wissen wollen, wie viel Energie eine kleine Winkeländerung bringen oder kosten würde. Die PV-Winkel-Rechner App ist auch im Unterricht nützlich, weil sie zeigt, wie der Lauf der Sonne den besten Winkel von Monat zu Monat ändert. Wenn Sie Ihren Breitengrad nicht kennen, finden Sie ihn zuerst mit dem GPS-Koordinaten-Finder.

Wichtige Funktionen

• Eine kostenlose PV-Winkel-Rechner App, die in jedem Browser läuft, ohne etwas zu installieren.
• Nutzen Sie Ihren aktuellen Standort, suchen Sie eine Adresse, klicken Sie auf die Karte oder geben Sie Breiten- und Längengrad ein.
• Die Halbkugel wird automatisch erkannt, und die Ausrichtung der Module wird auf geografisch Süd oder geografisch Nord gesetzt.
• Optimaler Neigungswinkel für das ganze Jahr, für den Sommer und für den Winter.
• Eine Tabelle Monat für Monat mit Tageslänge, Sonnenhöhe mittags, bester Neigung und der Energie bei Ihrem Winkel.
• Drei Einstellungen für Klima und Bewölkung (sonnig, durchschnittlich, bewölkt), damit das Ergebnis zu Ihrem Klima passt.
• Die Karte hat standardmäßig keine Grundkarte. Ein fetter Schalter schaltet bei Bedarf Straßen, Satellitenbilder oder Gelände ein.
• Laden Sie eine PDF-Zusammenfassung mit Briefkopf und maplity.com-Wasserzeichen herunter.
• Eine Tabelle mit Sommer-, Winter- und Ganzjahreswinkeln für 100 bekannte Städte in den USA und in Europa.

Warum der Winkel wichtig ist

Sonnenlicht, das schräg auftrifft, verteilt sich auf eine größere Fläche, deshalb bekommt jeder Quadratzentimeter weniger Energie. Der Verlust folgt dem Kosinus des Winkels zwischen dem Sonnenlicht und einer Linie, die senkrecht aus dem Modul zeigt. Wenn die Sonne 60 Grad von dieser Linie entfernt steht, erhält das Modul nur die Hälfte des Lichts, das es bei direktem Blick zur Sonne erhielte, denn cos 60° = 0,5. Ziel der Neigung ist es, die Sonne so nah wie möglich am senkrechten Einfall zu halten, in möglichst vielen Stunden und Monaten.

Wie sich die Sonne im Lauf des Jahres bewegt

Die Erdachse ist um etwa 23,45 Grad geneigt. Deshalb wandert der Punkt auf der Erde, an dem die Sonne senkrecht über dem Kopf steht, zwischen 23,45°N im Juni und 23,45°S im Dezember. Dieser Winkel heißt Sonnendeklination. Mittags ist die Sonnenhöhe über dem Horizont beim Breitengrad φ:

In New York (Breitengrad 40,7°N) erreicht die Mittagssonne im Juni etwa 73 Grad über dem Horizont und im Dezember nur etwa 26 Grad. Die Tage sind im Juni 14,9 Stunden lang und im Dezember 9,1 Stunden. Alles an Sommer- und Winterwinkeln folgt aus diesem Schwung.

Formel für den Neigungswinkel von Solarmodulen

Diese Formeln zeigen, wie man den Neigungswinkel von Solarmodulen berechnet. Sie werden in Installationsanleitungen und in diesem Rechner genutzt:

Hier ist φ Ihr Breitengrad in Grad (auf der Südhalbkugel den Betrag nutzen) und β die Neigung gegenüber der Waagerechten. Die letzten beiden Regeln gelten für den Höhepunkt der Jahreszeit, nicht für das ganze Halbjahr. Deshalb sind die Halbjahreswinkel in den Tabellen unten im Sommer kleiner und im Winter nah an der Regel.

So Berechnen Sie den Neigungswinkel von Solarmodulen von Hand

1. Suchen Sie Ihren Breitengrad. Für New York sind es 40,7° N.
2. Wählen Sie den Tag. Am 21. Juni beträgt die Deklination +23,45°, zu den Tagundnachtgleichen 0° und am 21. Dezember -23,45°.
3. Ziehen Sie ab: Am 21. Juni ist die Mittagsneigung |40,7 - 23,45| = 17,3°. Zu den Tagundnachtgleichen sind es 40,7°. Am 21. Dezember ist sie |40,7 + 23,45| = 64,2°.
4. Für ein festes Modul nutzen Sie die Jahresregel: 3,7 + 0,69 x 40,7 = 31,8°.
5. Richten Sie das Modul nach geografisch Süden aus (nach geografisch Norden auf der Südhalbkugel).

Die Handmethode richtet das Modul auf die Mittagssonne aus. Sie ignoriert die Morgen- und Abendsonne, die Tageslänge, die Atmosphäre und die Wolken. Deshalb nutzt der Rechner oben ein Strahlungsmodell: Für New York ergibt er 32° für das ganze Jahr, was dem Handergebnis nahekommt.

Warum dieser Rechner ein Strahlungsmodell nutzt

Das Modell folgt einem Standardverfahren aus Lehrbüchern der Solartechnik. Für jeden Monat macht es fünf Dinge:

1. Es berechnet das Sonnenlicht oberhalb der Atmosphäre aus Ihrem Breitengrad und der Sonnendeklination.
2. Es verringert dieses Licht um den Weg durch die Atmosphäre. Die tiefe Wintersonne durchquert mehr Luft, deshalb geht mehr Licht verloren.
3. Es wendet Ihre Einstellung für Klima und Bewölkung an, die angibt, wie oft Wolken in Ihrem Klima die Sonne verdecken.
4. Es teilt das Licht in direkte Sonnenstrahlen und diffuses Licht vom ganzen Himmel.
5. Es addiert das Licht, das ein Modul bei jeder Neigung von 0 bis 90 Grad erreicht, und wählt die Neigung mit der höchsten Summe für den Zeitraum.

Diffuses Licht hängt kaum von der Neigung ab, und Wolken erhöhen seinen Anteil. Deshalb haben bewölkte Orte niedrigere optimale Winkel als sonnige Orte auf demselben Breitengrad.

Diagramm des Neigungswinkels von Solarmodulen nach Breitengrad

Dieses Diagramm zeigt den optimalen Winkel für Module, die zum Äquator zeigen, bei durchschnittlichem Klima. Die letzte Spalte ist die Jahresregel aus der Formel oben, damit Sie sie mit dem Strahlungsmodell vergleichen können. Winkel unter 10° werden als 10° angezeigt, damit Regen das Glas waschen kann. Für die Südhalbkugel nutzen Sie den Breitengrad ohne Vorzeichen und tauschen die Jahreszeiten: Der Sommer dauert von Oktober bis März.

Warum Sommerwinkel klein sind

Im Sommer steht die Mittagssonne hoch am Himmel, und die Tage sind lang. Bei 40°N geht die Sonne weit im Nordosten auf, etwa 58 Grad östlich von Norden, und geht im Nordwesten unter. Ein steiles, nach Süden gerichtetes Modul steht zu dieser frühen und späten Sonne fast parallel. Ein flacheres Modul fängt sie ein. Das Sommerlicht ist auch etwas direkter, aber ein großer Teil ist immer noch diffus, und diffuses Licht erreicht ein flaches Modul vom ganzen Himmel.

Was die Zahlen sagen

Für das Sommerhalbjahr (April bis September im Norden) nennt der Rechner 13° bei 40° Breite und 22° bei 50° Breite. Das ist etwa ein Drittel bis die Hälfte des Breitengrads. Wenn Sie nur den Höhepunkt des Sommers betrachten, ist der beste Monat der Juni, in dem die beste Neigung für New York bei etwa 0° liegt, fast flach. Die alte Regel "Breitengrad minus 15 Grad" ist für das ganze Halbjahr etwas steil, aber eine sichere Wahl für eine feste Sommerneigung.

Praktische Tipps für den Sommer

• Gehen Sie nicht unter 10 Grad. Flachere Module halten Wasser und Staub auf dem Glas.
• Heiße Module liefern weniger Leistung. Siliziummodule verlieren etwa 0,3 bis 0,4 Prozent Leistung pro Grad Celsius über 25°C, lassen Sie also hinter dem Modul einen Spalt für die Luft.
• Auf der Südhalbkugel gilt der Sommerwinkel von Oktober bis März.
• Nahe am Äquator steht die Sonne fast senkrecht, deshalb funktioniert eine kleine Neigung von 10 bis 15 Grad das ganze Jahr.

Warum Winterwinkel steil sind

Im Winter steht die Mittagssonne tief. Bei 40°N steht sie am 21. Dezember nur etwa 26 Grad über dem Horizont. Um dieser tiefen Sonne entgegenzublicken, muss das Modul steil geneigt sein, allein für die Mittagssonne nahe 64 Grad. Eine steile Neigung verringert auch das Licht, das im flachen Winkel vom Glas abprallt, und lässt Staub und Wasser ablaufen. Der beste Winkel für Solarmodule im Winter ist meist Ihr Breitengrad plus 10 bis 15 Grad.

Was die Zahlen sagen

Für das Winterhalbjahr (Oktober bis März im Norden) nennt der Rechner 54° bei 40° Breite und 62° bei 50° Breite. Im Dezember, dem dunkelsten Monat, liegt die beste Neigung für New York bei etwa 65°. Die Winterenergie ist auch beim besten Winkel klein, deshalb entsteht der Gewinn dadurch, dass eine kleine Zahl etwas größer wird.

Schnee, kurze Tage und Anlagen ohne Netzanschluss

• Schnee rutscht von steilen Modulen. Frischer Schnee am Boden wirft 60 bis 90 Prozent des Lichts zurück, und steile Module fangen viel davon ein.
• Anlagen ohne Netzanschluss müssen den schlechtesten Monat überstehen. Wenn Sie eine Hütte, ein Boot oder eine Pumpe aus Akkus betreiben, wählen Sie den Winterwinkel, damit der dunkelste Monat Ihre Auslegung bestimmt.
• Netzgekoppelte Häuser achten auf die Jahresenergie, deshalb ist der Ganzjahreswinkel meist besser.
• Sehr steile Gestelle bekommen mehr Wind ab. Halten Sie die Grenzen des Halterungsherstellers und Ihre örtliche Bauordnung ein.

Wählen Sie einen festen Winkel

Ein festes Modul braucht einen Winkel, der in jeder Jahreszeit funktioniert. Der Rechner findet den Winkel, der die Gesamtenergie über das Jahr maximiert. Er ist kleiner als Ihr Breitengrad, weil der Sommer mehr Energie bringt als der Winter. Die Kurve ist nahe dem Gipfel flach: Für New York kostet ein Fehler von 5 Grad nur etwa 0,3 Prozent und ein Fehler von 10 Grad etwa 1,1 Prozent. Wählen Sie den nächsten Winkel, den Ihr Dach oder Gestell erlaubt.

Mit den Jahreszeiten anpassen

Die Tabelle zeigt, was New York gewinnt, wenn die Neigung im Lauf des Jahres geändert wird, im Vergleich zu einem festen Winkel.

Zwei Änderungen im Jahr erfassen fast den ganzen möglichen Gewinn. Vier Änderungen bringen sehr wenig dazu. Monatliche Änderungen lohnen den Aufwand nur bei einem Forschungsaufbau oder einem Nachführsystem.

Welche Neigung für welches Ziel

In Welche Richtung Sollen Solarmodule Zeigen?

Richten Sie die Module zum Äquator aus: nach geografisch Süden auf der Nordhalbkugel und nach geografisch Norden auf der Südhalbkugel. Nutzen Sie die geografische Richtung, nicht die Anzeige eines Kompasses, denn der magnetische Norden weicht je nach Ort um bis zu etwa 20 Grad vom geografischen Norden ab. Als grobe Richtschnur kostet ein Richtungsfehler von 15 Grad 1 bis 2 Prozent der Jahresenergie, 30 Grad kosten 3 bis 5 Prozent und 45 Grad kosten 8 bis 12 Prozent. Ein nach Osten oder Westen gerichtetes Dach verliert 15 bis 20 Prozent, liefert aber mehr am Morgen oder am Abend, was zu Haushalten passen kann, die zu diesen Zeiten den meisten Strom brauchen.

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