Optimale Neigung für Solarmodule: Winkel und Ertragstabelle

Die Tabelle: Jahresertrag je Neigungswinkel

Alle Werte stammen aus PVGIS 5.3, dem Ertragsrechner der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission. Gerechnet ist für eine Anlage mit 1 Kilowattpeak in Kassel, mitten in Deutschland, mit 14 Prozent Systemverlusten und dem Strahlungsmittel der Jahre 2005 bis 2023. Die Prozentspalten beziehen sich auf das Optimum von 1.017 kWh je Kilowattpeak bei 38 Grad Süd.

Angaben in kWh je Kilowattpeak und Jahr. Für eine Südwest- oder Westfläche liegen die Werte höchstens gut einen Prozentpunkt unter Südost bzw. Ost.

Drei Dinge lassen sich direkt ablesen. Das Optimum nach Süden liegt bei 38 Grad, und die Kurve ist dort so flach, dass 30 und 45 Grad fast gleich viel liefern. Nach Südost wandert das Optimum leicht auf 35 Grad und erreicht nur noch 94 Prozent. Nach Osten gibt es gar kein Optimum mehr über null Grad: Jeder zusätzliche Grad Neigung kostet Ertrag.

Wie genau muss der Winkel stimmen?

Weniger genau, als die Frage vermuten lässt. Zwischen 25 und 50 Grad bleibt eine Südfläche bei mindestens 98 Prozent des Optimums. Bei einer 10-kWp-Anlage in Kassel trennen 30 und 40 Grad gerade einmal 70 Kilowattstunden im Jahr, das sind rund 20 Euro bei 30 Cent je Kilowattstunde.

Spürbar wird der Abstand erst außerhalb dieses Plateaus:

Die Praxis zieht daraus eine einfache Regel: Ein Schrägdach mit 25 bis 50 Grad wird so belegt, wie es ist. Ein eigenes Gestell auf einem Schrägdach, das den Winkel um ein paar Grad korrigiert, holt seine Kosten nie herein. Interessant wird die Neigungsfrage nur dort, wo du den Winkel frei wählst: auf dem Flachdach, im Garten, am Balkon und auf dem Wohnmobil.

Warum das Optimum flacher liegt als der Breitengrad

Die Geometrie würde einen steileren Winkel nahelegen. Zur Tag-und-Nacht-Gleiche im März und September steht die Mittagssonne über Kassel 38,7 Grad hoch. Damit das Licht dann senkrecht auf das Modul fällt, müsste es um den Breitengrad gekippt sein, also um rund 51 Grad.

PVGIS kommt trotzdem auf 38 Grad. Zwei Effekte ziehen den Winkel flacher:

• Der Sommer liefert den Großteil. Mai bis August bringen rund die Hälfte des Jahresertrags. In diesen Monaten steht die Sonne mittags 48 bis 62 Grad hoch, und ein flacheres Modul fängt sie besser ein. Das Jahresoptimum verschiebt sich zum Sommer hin.
• Diffuses Licht kommt von oben. Ein großer Teil der Einstrahlung in Deutschland ist gestreutes Himmelslicht aus dem ganzen Himmelsgewölbe. Ein flaches Modul sieht mehr davon, ein steiles schaut zur Hälfte auf den Boden.

Deshalb liegt das Optimum in Deutschland 9 bis 14 Grad unter dem Breitengrad, und es ändert sich kaum, obwohl der Breitengrad von München bis Kiel um sechs Grad wandert.

Optimale Neigung je Standort

Für sechs Standorte in Deutschland und Österreich hat PVGIS den besten Winkel nach Süden berechnet. Die Spalte rechts zeigt, was ein Dach mit 30 Grad im Vergleich dazu liefert.

Dass die Werte so nah beieinander liegen, hat einen Grund: Zwei Effekte heben sich fast auf. Im Norden steht die Sonne tiefer, was für einen steileren Winkel spricht. Dafür liefert der Winter dort wenig, in Kiel bringen November bis Februar nur 12 Prozent des Jahresertrags. In München steht die Sonne höher, aber der Winter trägt mit 20 Prozent deutlich mehr bei, und für Wintersonne lohnt ein steileres Modul. Innsbruck sticht mit 42 Grad heraus, weil der klare Alpenwinter dort sogar 23 Prozent des Jahres liefert. Wie stark der Standort den Ertrag insgesamt verschiebt, zeigt die Tabelle im Ratgeber Photovoltaik-Ertrag pro kWp.

Ost, West und Südost: hier gilt flacher ist besser

Sobald eine Fläche von Süden abweicht, kippt die Regel. Eine Ostfläche sieht die Sonne vor allem am Vormittag, wenn sie tief im Osten steht. Ein steil nach Osten geneigtes Modul fängt diese Morgensonne gut, verliert aber den Mittag und den ganzen Nachmittag. Ein flaches Modul sieht den gesamten Tagesbogen.

Für Ost-West-Anlagen auf dem Flachdach haben sich deshalb 10 bis 15 Grad durchgesetzt. Ganz flach wäre rechnerisch minimal besser, doch ab etwa 10 Grad wäscht Regen den Staub ab, und Wasser läuft vom Rahmen ab. Bei Nordflächen entscheidet die Neigung über alles: Ein flaches Nordmodul liefert 84 Prozent, ein mit 30 Grad nach Norden geneigtes nur 58 Prozent. Welche Himmelsrichtung wie viel bringt, steht ausführlich im Ratgeber Optimale Ausrichtung von Solarmodulen.

Die beste Neigung je Monat

Ein fester Winkel ist immer ein Kompromiss über das Jahr. Rechnet man jeden Monat einzeln, wandert das Optimum in Kassel um 55 Grad:

Daraus folgt für zwei Sonderfälle eine andere Wahl als 38 Grad:

• Nur im Sommerhalbjahr genutzt. Für April bis September liefern 15 Grad 707 kWh je Kilowattpeak und damit praktisch dasselbe wie 35 Grad mit 711. Flach liegend sind es 666, rund 6 Prozent weniger. Das betrifft Wohnmobile, Gartenhäuser und Ferienanlagen.
• Versorgung im Winter. Wer im Dezember Strom braucht, etwa für eine Inselanlage ohne Netz, stellt steiler. Was 70 Grad im Winter bringen und was sie im Jahr kosten, rechnet der Ratgeber Neigungswinkel im Winter vor.

Neigung nach Montageort

Wo der Winkel nicht durch das Dach vorgegeben ist, bestimmen Statik, Platz und Regeln mit. Die Ertragswerte gelten für Südausrichtung in Kassel.

Auf dem Flachdach ist der flache Winkel eine bewusste Entscheidung. Ein Modul mit 30 Grad bietet dem Wind deutlich mehr Fläche, braucht mehr Ballast und wirft im Winter einen langen Schatten auf die nächste Reihe. Wie viel Abstand die Reihen brauchen und wie der Ballast zu rechnen ist, steht in den Ratgebern zur Flachdach-Aufständerung und zum Ballast auf dem Flachdach.

Am Balkon hängt das Modul meist senkrecht am Geländer. Schon 10 Grad Kippung heben den Ertrag deutlich: Mit 80 Grad Neigung kommt eine Südfläche auf 81 statt 71 Prozent, das sind relativ 14 Prozent mehr. Weiter kippen ist heikel. Nach DIN 18008 gelten Glasflächen mit mehr als 10 Grad Abweichung von der Senkrechten als Überkopfverglasung, über Gehwegen und Terrassen verlangt die Norm dann besonderes Glas oder eine Auffangvorrichtung. Die Details zur Halterung stehen im Ratgeber Solarmodul am Balkon montieren.

Steilere Winkel haben einen Bonus im Winter: Ab etwa 45 Grad rutscht Schnee meist am ersten sonnigen Tag ab. Ein flaches Modul kann tagelang zugedeckt bleiben, was PVGIS in seinen Werten nicht berücksichtigt.

Neigung berechnen und messen

Drei Rechnungen decken fast jede Situation ab.

Die Dachneigung bestimmen. Gemessen wird am Sparren oder an der Giebelwand: die senkrechte Höhe und die waagerechte Länge desselben Dachstücks. Der Winkel ist dann der Arkustangens des Verhältnisses.

Neigung = arctan(Höhe ÷ waagerechte Länge)

Steigt das Dach auf 4 Metern waagerechter Länge um 2,5 Meter, ergibt das arctan(0,625) = 32 Grad. Schneller geht es mit einer Neigungsmesser-App auf dem Smartphone, aufgelegt auf einen Sparren oder ein vorhandenes Modul.

Die Aufständerung planen. Für ein Gestell zählt, wie hoch die Hinterkante stehen muss. Die Höhe ist die Modullänge mal Sinus des Winkels.

Die Werte gelten für ein Modul im verbreiteten Format um 1,76 mal 1,13 Meter. Auf dem Flachdach werden Module darum meist quer gestellt: Bei gleichem Winkel steht die Hinterkante deutlich niedriger, und der Wind greift weniger an. Warum die Richtung des Moduls auch für Schatten von unten zählt, klärt der Ratgeber Solarpanel quer oder hochkant.

Das Optimum für die eigene Adresse. PVGIS rechnet es kostenlos aus: Adresse in der Karte suchen, unter „Grid connected” die Leistung eintragen und das Feld zur Optimierung der Neigung („Optimize slope”) anhaken. Das Ergebnis nennt Winkel und Jahresertrag. Wer seinen eigenen Winkel prüfen will, setzt die Neigung von Hand und vergleicht beide Werte. Wie aus diesen Zahlen der komplette Jahresertrag entsteht, zeigt der Ratgeber Photovoltaik-Ertrag berechnen.

Fazit

Die optimale Neigung für Solarmodule liegt in Deutschland bei 38 bis 40 Grad nach Süden, und sie ändert sich zwischen Kiel und München kaum. Viel wichtiger als der exakte Wert ist das breite Plateau: Alles zwischen 25 und 50 Grad liefert mindestens 98 Prozent. Ein normales Schrägdach mit Südausrichtung braucht deshalb kein Korrekturgestell.

Wo du den Winkel frei wählst, entscheidet die Himmelsrichtung. Nach Süden lohnen 30 bis 40 Grad, wenn Statik und Platz es erlauben, auf dem Flachdach sind 10 bis 15 Grad ein guter Kompromiss mit 91 bis 94 Prozent. Nach Osten und Westen gilt das Gegenteil des Bauchgefühls: flach aufstellen, dort holt jeder Grad weniger etwas zurück.