Vertikale bifaziale Solarpaneele – Energieerzeugung für verschiedene Standorte und Breitengrade
- Trygve Mongstad
- vor 3 Stunden
- 7 Min. Lesezeit
Wie viel Energie produzieren vertikale Solarpaneele?
Die jährliche Leistung vertikaler Solaranlagen hängt stark vom Standort ab. Sonneneinstrahlung, Breitengrad, Wetterbedingungen, Ausrichtung und das Reflexionsvermögen der Dachfläche beeinflussen die jährliche Stromproduktion einer vertikalen bifazialen Anlage.
Die aussagekräftigste Vergleichskennzahl ist der jährliche spezifische Ertrag, angegeben in Kilowattstunden pro installierter Kilowatt-Peak-Leistung (kWh/kWp) . Ein spezifischer Ertrag von 900 kWh/kWp bedeutet, dass eine 100-kWp-Solaranlage voraussichtlich etwa 90.000 kWh Strom pro Jahr erzeugt.
Es gibt keine allgemeingültige Antwort auf die Frage, wie viel Energie vertikale Solaranlagen produzieren. Dieselbe vertikale Solaranlage liefert in Tromsø, London, New York oder Doha eine deutlich unterschiedliche Jahresleistung, da die verfügbaren Sonneneinstrahlungsquellen und deren Verteilung im Jahresverlauf unterschiedlich sind.
Das VPV Yield Portal präsentiert simulierte jährliche spezifische Erträge für eine wachsende Auswahl an Städten und Standorten weltweit. Die Ergebnisse basieren auf dem OverEasy-Solarenergieertragsmodell und ermöglichen den Vergleich der Leistung vertikaler Solaranlagen unter einheitlichen Systemannahmen.
Dieser Artikel präsentiert eine repräsentative Auswahl von Standorten aus dem Portal. Für jeden Standort wird der simulierte Jahresertrag einer unbeschatteten Over Easy Solar-Anlage unter zwei Dachflächenszenarien dargestellt:
Niedrige Albedo (0,05) , was einer sehr dunklen und schwach reflektierenden Oberfläche entspricht.
Hohe Albedo (0,70) , was eine sehr weiße oder reflektierende Oberfläche darstellt.
Die Albedo beschreibt den Anteil des einfallenden Sonnenlichts, der von einer Oberfläche reflektiert wird. Die Auswahl dieser beiden Extremwerte verdeutlicht den typischen Bereich des zu erwartenden Energieertrags einer gut konzipierten vertikalen Solaranlage an den jeweiligen Standorten. Die vom Dach reflektierte Strahlung kann einen erheblichen Einfluss auf die jährliche Produktion haben.
Die Angaben in diesem Artikel beschreiben die jährliche Stromerzeugung im Verhältnis zur installierten Leistung. Sie sind nicht mit dem Wirkungsgrad von Solarmodulen zu verwechseln, der angibt, wie effektiv ein Modul das einfallende Sonnenlicht in Strom umwandelt. Bei der Suche nach Wirkungsgrad, Leistung oder Performance von vertikalen Solaranlagen ist häufig die jährliche Produktion in kWh/kWp gemeint, nicht der im Labor ermittelte Wirkungsgrad der Solarzellen.
Ertrag vertikaler Solarmodule nach Standort - von Norden nach Süden
Die folgende Tabelle vergleicht den modellierten jährlichen spezifischen Ertrag einer unbeschatteten Over Easy Solar-Anlage an 15 repräsentativen Standorten. An allen Standorten wurde die gleiche Systemkonfiguration mit vertikalen, bifazialen Modulen in Ost-West-Ausrichtung und einem Bifazialitätsgrad von 95 % verwendet. Dadurch lassen sich die Auswirkungen des Standorts und der Dachreflexion einheitlich vergleichen.
Die angegebenen Werte sind der jährliche spezifische Ertrag in kWh/kWp , gerundet auf den nächsten kWh/kWp. Es handelt sich um Modellergebnisse, nicht um Produktionsgarantien oder tatsächliche Daten. Für eine detailliertere Analyse der Daten und der Faktoren, die den Energieertrag beeinflussen, sowie für einen Überblick über Daten verschiedener Standorte lesen Sie bitte den Artikel über den Ertrag vertikaler Solaranlagen .
Standort | Breite | Jahresertrag, niedrige Albedo | Jahresertrag, hohe Albedo |
Tromsø, Norwegen | 69,65° N | 648 kWh/kWp | 781 kWh/kWp |
Oslo, Norwegen | 59,91° N | 748 kWh/kWp | 939 kWh/kWp |
Kopenhagen, Dänemark | 55,68° N | 819 kWh/kWp | 1.038 kWh/kWp |
Berlin, Deutschland | 52,52° N | 834 kWh/kWp | 1.063 kWh/kWp |
London, Vereinigtes Königreich | 51,51° N | 807 kWh/kWp | 1.028 kWh/kWp |
Paris, Frankreich | 48,86° N | 903 kWh/kWp | 1.158 kWh/kWp |
Zürich, Schweiz | 47,38° N | 896 kWh/kWp | 1.161 kWh/kWp |
New York, Vereinigte Staaten | 40,71° N | 1.045 kWh/kWp | 1.372 kWh/kWp |
Madrid, Spanien | 40,42° N | 1.212 kWh/kWp | 1.584 kWh/kWp |
San Francisco, Vereinigte Staaten | 37,77° N | 1.273 kWh/kWp | 1.676 kWh/kWp |
Tokio, Japan | 35,68° N | 949 kWh/kWp | 1.252 kWh/kWp |
Doha, Katar | 25,29° N | 1.241 kWh/kWp | 1.710 kWh/kWp |
Accra, Ghana | 5,60° N | 1.239 kWh/kWp | 1.712 kWh/kWp |
Sydney, Australien | 33,87° S | 1.155 kWh/kWp | 1.522 kWh/kWp |
Kapstadt, Südafrika | 33,92° S | 1.293 kWh/kWp | 1.714 kWh/kWp |
Tromsø bietet zwar in Teilen des Jahres günstige Sonneneinfallswinkel für vertikale Solarmodule, die geringe Sonneneinstrahlung im Winter reduziert jedoch die jährliche Gesamtproduktion. Standorte wie Madrid, Doha, Accra und Kapstadt erhalten über das Jahr hinweg deutlich mehr Sonnenenergie und erzielen daher höhere modellierte spezifische Jahreserträge.
Das Szenario mit hoher Albedo erhöht den simulierten jährlichen Ertrag in Ost-West-Richtung an den in der Tabelle aufgeführten Standorten um etwa 20 % bis 40 %. Dieser Vergleich basiert bewusst auf zwei weit auseinanderliegenden Albedo-Werten, um die potenzielle Bandbreite aufzuzeigen. Die tatsächlichen Oberflächenwerte liegen üblicherweise irgendwo zwischen diesen beiden Szenarien.
Die Tabelle stellt lediglich eine repräsentative Auswahl dar. Simulierte Ertragsergebnisse für weitere Städte und Länder sind im VPV Yield Portal verfügbar.
Vertikale Solarenergieproduktion im Jahresverlauf – Beispiele aus Tromsø, London, New York und Doha
Die jährliche kWh/kWp-Kennzahl eignet sich zwar gut für Standortvergleiche, gibt aber keinen Aufschluss darüber, wann der Strom erzeugt wird. Die monatlichen Produktionsprofile für Tromsø, London, New York und Doha verdeutlichen, wie stark die saisonale Verteilung mit Breitengrad und Klima variiert.
Das Monatsdiagramm zeigt außerdem eine zweite Ausrichtung. Ost-West-Ausrichtung bedeutet, dass die beiden Seiten der vertikalen bifazialen Paneele nach Osten und Westen zeigen. Süd-Nord-Ausrichtung bedeutet, dass sie nach Süden und Norden zeigen.
Die Ausrichtung beeinflusst sowohl die jährliche Gesamtproduktion als auch das saisonale Produktionsprofil. In den vier Beispielen führt die Süd-Nord-Konfiguration tendenziell zu einer stärkeren Verlagerung der Produktion in die sonnenärmeren Monate, während die Ost-West-Konfiguration im Allgemeinen in der sonnenreichen Jahreszeit stärker ausgeprägt ist. Die Stärke dieses Effekts hängt vom Standort, der Albedo und der Geometrie des Systems ab.
Dieser Artikel verwendet die Ost-West-Ausrichtung, da diese bei vertikalen Solaranlagen am häufigsten vorkommt. Wie die monatlichen Daten zeigen, kann eine Süd-Nord-Ausrichtung jedoch eine gleichmäßigere Stromerzeugung über das gesamte Jahr ermöglichen, was vorteilhaft sein kann. Eine detailliertere Erklärung der Ausrichtung, der bifazialen Bestrahlungsstärke und der Faktoren, die den Ertrag vertikaler Photovoltaikanlagen beeinflussen, finden Sie im Artikel „Energieertrag von vertikal montierten bifazialen Solarmodulen“ .
Das tägliche Produktionsprofil – Beispiele für Tromsø, London, New York und Doha
Vertikal ausgerichtete Ost-West-Solarpaneele erzeugen typischerweise zwei tägliche Produktionsspitzen: eine am Morgen und eine am Nachmittag. Die folgende Grafik zeigt die modellierte durchschnittliche Produktion im Juni für jede Stunde des Tages.
Eine hohe Albedo steigert die Produktion über weite Teile des Tages und verringert die relative Stärke des Produktionsrückgangs zur Mittagszeit. Das charakteristische Produktionsprofil am Morgen und Nachmittag bleibt jedoch an allen vier Standorten erkennbar.
Die Ergebnisse auf Jahres-, Monats- und Stundenebene zeigen zusammen drei verschiedene Aspekte der Leistung vertikaler Solaranlagen: wie viel Strom das System im Laufe des Jahres produziert, wie die Produktion auf die Jahreszeiten verteilt ist und wann es tagsüber Strom produziert.
Funktioniert vertikale Solarenergie nur in hohen Breitengraden?
Nein. Vertikale Solarmodule können über einen weiten Breitengradbereich hinweg gute Strommengen erzeugen. In höheren Breitengraden können die Sonneneinstrahlungswinkel für vertikale Module während bestimmter Jahreszeiten günstig sein, aber der Breitengrad allein bestimmt nicht den jährlichen Energieertrag.
Weiter südlich spielt die Albedo der Oberfläche jedoch eine größere Rolle. Der Grund dafür ist einfach: Orte weiter südlich erhalten oft deutlich mehr Sonnenstrahlung, wenn die Sonne hoch steht, und das von der Oberfläche gestreute Licht gewinnt stark an Bedeutung.
Wie in einem anderen Artikel erörtert, zeigen reale Ergebnisse für südliche Standorte wie Doha, dass der Energieertrag deutlich über 2000 kWh/kWp liegen kann und damit höher ist als unsere auf Modellrechnungen basierenden Schätzungen.
Auch in höheren Breitengraden weisen Standorte Merkmale auf, die für vertikale Solaranlagen geeignet sind. Flache Sonnenstände können im Frühling, Herbst sowie morgens und nachmittags einen erheblichen Beitrag leisten, und nördliche Standorte bieten möglicherweise wertvolle saisonale oder tageszeitliche Produktionsprofile. Diese Vorteile sollten jedoch nicht so interpretiert werden, als sei vertikale Solarenergie ausschließlich eine Technologie für den Norden.
Vertikale Solaranlagen funktionieren sowohl in hohen als auch in niedrigen Breitengraden. Das jährliche Ergebnis hängt vom gesamten Sonnenklima ab, einschließlich der Gesamtstrahlung, des Sonnenverlaufs, der Bewölkung und der Albedo, und nicht allein vom Breitengrad.
Das VPV Yield Portal zeigt modellierte Ergebnisse für Standorte, die von Nordeuropa über den Nahen Osten, Afrika, Asien und Australien bis nach Amerika reichen.
Wie das VPV-Ertragssimulationsmodell entwickelt wurde
Die Ergebnisse im VPV Yield Portal werden mithilfe des Energieertragssimulationsmodells von Over Easy Solar generiert, das in Zusammenarbeit mit dem Institut für Energietechnik (IFE) in Norwegen entwickelt wurde. Ziel des Modells ist es, die Leistung einer definierten Over Easy Solar-Anlage unter verschiedenen solaren und klimatischen Bedingungen abzuschätzen.
Das Modell basiert auf Messungen aus 13 Forschungs- und Pilotanlagen, die zwischen 2021 und 2023 errichtet wurden. Diese Anlagen umfassten unterschiedliche Standorte, Dachflächen, Albedo-Bedingungen, Ausrichtungen, Reihenabstände und Systemgeometrien. An mehreren Standorten wurden sowohl die Sonneneinstrahlung als auch die Stromerzeugung gemessen.
Einige der Forschungsanlagen waren als flexible Testaufbauten konzipiert. Dies ermöglichte es Over Easy Solar, Parameter wie Dachreflexionsgrad, Paneelabstand und -ausrichtung zu variieren und den simulierten Effekt mit gemessenen Änderungen der Energieproduktion zu vergleichen.
Diese Messgrundlage ist wichtig, da vertikale bifaziale Systeme nicht zuverlässig modelliert werden können, wenn nur die direkt auf das Modul einfallende Strahlung berücksichtigt wird. Das Modell muss auch reflektiertes Licht, die Wechselwirkung zwischen den Paneelen, den Sonnenverlauf, die Geometrie des Montagesystems und Systemverluste einbeziehen.
Die Ergebnisse des Portals bieten somit eine einheitliche Grundlage für den Vergleich von Standorten. Jeder Standort wird mit derselben definierten Konfiguration und denselben Annahmen des Over Easy Solar-Systems simuliert, wodurch es möglich ist, den Einfluss von Klima, Breitengrad und Oberflächenreflexion zu isolieren.
Die Zahlen sind weiterhin als Modellschätzungen zu verstehen, nicht als Produktionsgarantien oder reale Daten. Der tatsächliche Projektertrag wird durch lokale Verschattung, Dachgeometrie, umliegende Gebäude, Schnee, Verschmutzung, Elektroplanung, Systemverfügbarkeit und jährliche Wetterschwankungen beeinflusst.
Abschluss
Für vertikale Solaranlagen gibt es keine einheitliche Jahresertragsprognose. Bei gleicher Systemkonfiguration variiert die modellierte Leistung je nach Standort erheblich, da die jährliche Sonneneinstrahlung, der Breitengrad, die Ausrichtung/der Azimut, die Wetterbedingungen und die Dachreflexion das Ergebnis beeinflussen.
Die Simulationen zeigen auch, dass vertikale Solarenergie nicht auf nördliche oder hochgelegene Regionen beschränkt ist. Nördliche Standorte können zwar zeitweise von günstigen Sonneneinfallswinkeln profitieren, doch erzielen südlichere Standorte oft einen höheren jährlichen spezifischen Ertrag, da sie insgesamt mehr Sonnenenergie erhalten. In den modellierten Beispielen reicht der jährliche Ost-West-Ertrag von etwa 650 kWh/kWp in Tromsø mit dunkler Oberfläche bis zu fast 2000 kWh/kWp an Standorten mit hoher Sonneneinstrahlung und stark reflektierender Oberfläche.
Der aussagekräftigste Vergleich besteht daher nicht darin, ob vertikale Solaranlagen in einem bestimmten Breitengradbereich funktionieren, sondern darin, wie ein definiertes System unter den tatsächlichen Bedingungen eines Standorts abschneidet. Das VPV Yield Portal liefert modellierte Ergebnisse für eine größere Auswahl an Städten und Ländern unter Verwendung einheitlicher Annahmen.
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