Vollständiger Leitfaden: Auswahl einer Struktur für Photovoltaikmodule – alles, was Sie wissen müssen

Wie wählt man eine Unterkonstruktion für Photovoltaikmodule aus? Eine gut gewählte PV-Unterkonstruktion schafft einen Ausgleich zwischen Kosten, Leistung und Langlebigkeit.

In diesem Leitfaden behandeln wir:

• Die Wahl der Leistung der Photovoltaikanlage,
• Den optimalen Neigungswinkel der PV-Unterkonstruktion,
• Verschiedene Konfigurationen von PV-Unterkonstruktionen,
• Die Wahl der Befestigung der Unterkonstruktion im Boden,
• Die Wahl des Materials für die Unterkonstruktion,
• Die Beurteilung der Qualität der Unterkonstruktion.

Siehe: verfügbare Optionen für Freiflächen-Montagesysteme für Photovoltaik

Dieser Artikel behandelt keine Nachführsysteme, Ost-West-Anlagen oder vertikal montierte Module für Agri-Photovoltaik.

Beginnen wir mit der Besprechung Ihrer Anforderungen.

Die Wahl der Leistung der Photovoltaikanlage

Die Wahl der richtigen Anlagenleistung eröffnet erhebliche Möglichkeiten. Viele machen den Fehler, die Leistung nach willkürlichen Regeln zu wählen, etwa 1 kWp pro 1000 kWh Jahresverbrauch. Sorgen Sie sich nicht zu sehr um mögliche Verluste durch eine „Überdimensionierung“ der Anlage.

In den meisten europäischen Ländern und bei allen Abrechnungsmodellen (außer Net Metering) gilt: je höher die PV-Leistung, desto besser. Bei einem Jahresverbrauch von 40.000 kWh ist eine Anlage mit 30, 40, 50, 60 oder sogar 70 kWp sinnvoll. Warum?

• Eine größere Anlage senkt die Kosten pro kWp.
• Module verlieren über 25 Jahre etwa 10 % ihrer Leistung.
• Die Erweiterung einer bestehenden Anlage ist kostspielig.
• Bei allen Abrechnungsmodellen (außer Net Metering) bringen jährliche Energieüberschüsse finanzielle Vorteile.
• Module verschmutzen, wodurch der Wirkungsgrad sinkt. Es ist wirtschaftlicher, Module hinzuzufügen, als häufig zu reinigen. Eine Reinigung alle fünf Jahre ist in der Regel ausreichend.
• Nur wenige sagen „Ich habe zu viel PV“; viele sagen „Ich hätte mehr PV installieren sollen“.
• Der Energieverbrauch steigt. Eine leicht „überdimensionierte“ Anlage bereitet auf den künftigen Bedarf vor.

Wählen Sie eine möglichst hohe Leistung unter Berücksichtigung von:

• Budget
• Verfügbarer Fläche
• Anschlusskapazität

Eine mathematisch exakte Optimierung geht über den Rahmen dieses Artikels hinaus, aber es ist wichtig, den Mythos der „überdimensionierten PV-Anlage“ zu überwinden. Leere Flächen auf einer Unterkonstruktion zu lassen ist nicht wirtschaftlich.

Neigung der Photovoltaikmodule bei kleineren Anlagen

Bei Anlagen unter 50 kWp ist eine einreihige Aufstellung möglich, bei der sich die Reihen nicht gegenseitig verschatten. Die Wahl des optimalen Neigungswinkels ist daher unkompliziert.

Der optimale Neigungswinkel hängt vom Breitengrad und vom lokalen Wetter ab. In Europa legen Studien mit Satellitendaten 20°–50° nahe:

Optimale Neigungswinkel für PV-Module auf Grundlage zweier Datensätze. Links: PV-GIS, rechts: ECEM. Quelle: Yves-Marie Saint-Drenan, An approach for the estimation of the aggregated photovoltaic power generated in several European countries from meteorological data, ResearchGate.

Beispiele für optimale Neigungswinkel:

• Danzig – 36°
• Sizilien – 33°
• Edinburgh – 40°

Neigung der PV-Module und Reihenabstand bei größeren Anlagen

Größere Anlagen (in der Regel >50 kWp) erfordern mehrere Reihen. Reihen werfen Schatten und müssen mit ausreichendem Abstand aufgestellt werden. Eine größere Neigung vergrößert den Abstand und beeinflusst somit die Flächennutzung. Die Optimierung bringt diese Faktoren in Einklang.

Zur Optimierung der Flächennutzung und Minimierung von Verschattungsverlusten:

• Verringern Sie die Neigung der Module leicht. Der Jahresertrag wird dadurch nur geringfügig beeinflusst, während sich der Reihenabstand verkleinert.

Quelle: Bogusław Szymański, „Photovoltaic Installations“

Neigungswinkel über 25° verringern die Flächeneffizienz, ohne den Ertrag nennenswert zu steigern. Für Frankreich, Deutschland und Polen werden Winkel <25° empfohlen.

Beispiel: Ein 10,4-MW-PV-Park in Estland zeigt geringe Neigungswinkel und große Reihenabstände:

Berechnung des Abstands zwischen den Modulen

Die Abstandsberechnungen zielen darauf ab, Verschattung am 22. Dezember (Wintersonnenwende) um die Mittagszeit zu vermeiden:

β – Neigungswinkel des Moduls

α – Einfallswinkel an den sonnenärmsten Tagen

• α = 90° − Breitengrad − 23.45°

d – Höhe der Modulreihe

x – Abstand vom Ende einer Reihe zum Beginn der nächsten

• x = sin(β) × d / tg(α)

y – Abstand zwischen den Reihen

• y = d × sin(180° − β − α) / sin(α)

Ein geringerer Reihenabstand verbessert die Flächennutzung, nimmt aber geringfügige Ertragsverluste in Kauf. Es gibt Technologien, um diese Verluste zu verringern.

Ausrichtung und Art der Module

PV-Module sind durch Bypass-Dioden in Abschnitte unterteilt. Bei starker Verschattung wird der betroffene Abschnitt abgeschaltet, um die Zellen zu schützen. Halbzellenmodule verringern Verschattungsverluste und eignen sich sowohl für die vertikale als auch für die horizontale Montage.

Abmessungen der Module

Größere Module senken in der Regel die Installationskosten pro kWp. Wählen Sie geprüfte Hersteller im Hinblick auf Langlebigkeit und Kompatibilität mit der Wechselrichterleistung.

Material der Unterkonstruktion

Aluminium ist bei Freiflächen-Unterkonstruktionen weit verbreitet. Seine Vorteile:

• Leicht, wartungsarm, korrosionsbeständig.
• Langlebig mit hoher Lebensdauer.
• Kann aus ästhetischen Gründen eloxiert oder lackiert werden.

Stahl wird für größere und stärker belastete Unterkonstruktionen verwendet. Unsere Standard-Sets Solar KIT T1V und N2V bestehen aus Stahl mit Magnelis®-Beschichtung (Zink-Aluminium-Magnesium) und Edelstahl-Befestigungsmaterial, mit einer Garantie auf die Beschichtung von bis zu 25 Jahren, abhängig von der Umgebung.

Befestigung und Fundamente

Zu den Methoden gehören:

• Betonpfeiler
• Gerammte Pfähle
• Erdschrauben
• Hybridlösungen

Die Auswahl hängt von der Bodenart, den Umgebungslasten (Schnee, Wind) und der Anlagengröße ab. Die Pfosten unserer Standard-Sets werden einbetoniert: Gemäß den Vorgaben des Planers werden die Stützen 1.40 m unter der Geländeoberkante eingebracht und im oberen Bereich bis zu einer Tiefe von etwa 0.80 m einbetoniert. Erdschrauben sind für die Standard-Sets nicht vorgesehen. Maßgefertigte Unterkonstruktionen werden meist auf gerammten Pfählen ausgeführt, können aber auch einbetoniert oder auf Betonfundamenten aufgestellt werden.

Qualitätsbeurteilung

Wählen Sie Lieferanten mit geprüften Produkten. Prüfen Sie:

• Zertifizierung (z. B. EN 1090, TÜV, ISO)
• Garantie
• Montageanleitungen und technische Unterstützung

Für unsere Standard-Sets stehen im Download-Bereich jeder Produktseite technische Zeichnungen für 25°, 30° und 35°, Montageanleitungen, Zertifikate, die Leistungserklärung, die Garantiebedingungen und die Fundamentvorgaben zur Verfügung – Sie können diese vor dem Kauf prüfen.

Standard-Sets oder maßgefertigte Unterkonstruktion?

Die Standard-Sets Solar KIT T1V und N2V decken Anlagen mit 2 bis 16 Modulen im Hochformat bis zu 2280 × 1140 mm (Rahmen 30–40 mm) ab, mit einer Neigung von 25°, 30° oder 35° und drei Belastungsklassen: Light (Wind bis 22 m/s, Schnee 1.2 kN/m²), Strong (26 m/s, 1.6 kN/m²) und Ultra Strong (28 m/s, 1.6 kN/m²). Größere Module, Querformat, andere Neigungswinkel, aufgeständerte Konstruktionen, höhere Lasten und Photovoltaik-Parks erfordern eine für den jeweiligen Standort maßgefertigte Unterkonstruktion.

Eine gut ausgewählte Unterkonstruktion sorgt für Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und einen maximalen Energieertrag. Lesen Sie auch: PV-Freiflächen-Montagesysteme: So wählen Sie die richtige Unterkonstruktion.