Solarpanel quer oder hochkant? Was die Richtung ändert

Was quer und hochkant genau bedeutet

Ein Solarmodul ist ein Rechteck, und die Frage lautet, welche Kante waagerecht liegt. Beim Standardmodul mit 1.722 × 1.134 Millimetern ergibt das zwei Bilder:

Die Begriffe beziehen sich immer auf die Lage im eingebauten Zustand. Auf einem geneigten Dach heißt hochkant, dass die lange Kante der Dachneigung folgt. Welche Formate es neben dem Standardmaß gibt, zeigt der Ratgeber Solarmodul-Größe.

Ohne Schatten ist der Ertrag gleich

Solange die Sonne das ganze Modul erreicht, spielt die Richtung für den Ertrag keine Rolle. Die Zellfläche bleibt dieselbe, die Neigung und die Himmelsrichtung ebenso. Das Modul fängt in beiden Lagen dieselbe Strahlung ein und wandelt sie mit demselben Wirkungsgrad um.

Kleine Unterschiede entstehen höchstens über die Halterung, etwa über die Hinterlüftung oder den Abstand zum Dach. Sie hängen an der Konstruktion und lassen sich in beiden Richtungen gleich gut lösen. Die Richtung wird erst dann zur Ertragsfrage, wenn Teile des Moduls im Schatten liegen. Und genau dort ist der Unterschied groß.

Schatten von unten: hier entscheidet die Richtung

Um zu verstehen warum, lohnt ein Blick auf die Verschaltung. Ein Standardmodul hat sechs Zellreihen, die parallel zur langen Kante laufen. Je zwei davon bilden einen Zellstring, und jeder der drei Strings ist mit einer Bypass-Diode abgesichert. Fällt ein String durch Schatten aus, leitet die Diode den Strom daran vorbei, und das Modul verliert ein Drittel. Wie diese Dioden arbeiten und woran ein Defekt zu erkennen ist, steht im Ratgeber Bypass-Diode defekt.

Daraus folgt eine einfache Regel: Ein Schatten, der parallel zur langen Modulkante verläuft, trifft zuerst nur einen String. Ein Schatten parallel zur kurzen Kante trifft alle drei gleichzeitig.

Ein waagerechter Streifen am unteren Rand verläuft bei einem quer montierten Modul parallel zur langen Kante. Er legt den untersten String still, die beiden anderen arbeiten weiter. Bei einem hochkant montierten Modul läuft derselbe Streifen quer über alle sechs Zellreihen.

Halbzellen ändern das Bild für die Hochkantmontage. Bei den heute üblichen Modulen mit 108 oder 120 Halbzellen ist jede Modulhälfte eigenständig verschaltet, und die obere Hälfte liegt parallel zur unteren. Laut den Antworten zum pv-magazine-Webinar über Halbzellenmodule arbeiten bei Verschattung der unteren Modulhälfte alle oberen Zellstrings normal weiter, das Modul hat dann die halbe Leistung. Quer montiert verhält sich dasselbe Halbzellenmodul dagegen wie ein Vollzellenmodul.

Wie viel Leistung ein Schattenstreifen von unten übrig lässt, hängt damit an seiner Höhe. Für das Standardmodul mit 1.722 × 1.134 Millimetern ergeben sich idealisiert diese Werte:

Die Grenzen folgen aus der Geometrie. Quer montiert belegt ein String zwei Zellreihen, also rund 37 Zentimeter der 1,13 Meter Modulhöhe. Hochkant reicht die untere Modulhälfte bis etwa 86 Zentimeter. In der Praxis liegen die Werte etwas höher, weil auch verschattete Zellen noch diffuses Licht bekommen.

Für die Montage heißt das: Bleibt der Schatten flach, etwa eine Kante von wenigen Zentimetern oder ein Schneerand, liegt die Quermontage vorn. Wächst er über das untere Drittel hinaus, gewinnt ein Halbzellenmodul hochkant. Bei älteren Vollzellenmodulen ist quer in jedem Fall die bessere Wahl. Wie sich Verschattung insgesamt auf ein Balkonkraftwerk auswirkt, rechnet der Ratgeber Balkonkraftwerk im Schatten durch.

Woher der Schatten typisch kommt

Welche Richtung passt, hängt also davon ab, wo und wie hoch der Schatten fällt. Die häufigsten Quellen lassen sich gut einordnen:

Seitliche Schatten verhalten sich spiegelbildlich. Ein senkrechter Streifen verläuft bei einem hochkant montierten Modul parallel zur langen Kante und trifft nur einen String. Quer montiert zieht er sich über alle Zellreihen, ein Halbzellenmodul verliert dann die eine Hälfte, ein Vollzellenmodul fast alles.

Der Schnee- und Schmutzrand verdient einen eigenen Blick. Der Modulrahmen steht an der Unterkante einige Millimeter über dem Glas. Bei flacher Neigung sammeln sich dort Staub, Pollen und Schneematsch, und dieser Rand liegt genau auf der untersten Zellreihe. Quer montiert betrifft er einen String, hochkant alle. Wie sich solche Ränder entfernen lassen, erklärt der Ratgeber Solarmodul reinigen.

Klemmzonen: die Halterung muss zur Richtung passen

Die zweite große Frage ist die Befestigung. Module werden am Rahmen geklemmt, und die Hersteller geben in ihren Montageanleitungen genau vor, an welchen Stellen des Rahmens das zulässig ist und welche Lasten das Modul dann trägt.

Die aktuelle Montageanleitung von JinkoSolar nennt für die Modulreihe N-54HL4R, also 108 Halbzellen im Standardformat, diese Werte:

Zur Einordnung: 1.600 Pascal entsprechen rund 163 Kilogramm je Quadratmeter, 6.000 Pascal rund 612 Kilogramm. Die Klemmung an der kurzen Seite senkt die zulässige Drucklast damit auf gut ein Viertel. Für einen Balkon im Flachland kann das reichen, in schneereichen Lagen oder bei hoher Windlast wird es knapp. Andere Hersteller staffeln ähnlich, die genauen Werte stehen in der Anleitung des jeweiligen Moduls.

Warum das mit quer und hochkant zu tun hat, zeigt die übliche Dachmontage. Die Tragschienen laufen dort waagerecht, und die Klemmen sitzen immer dort, wo die Modulkanten auf den Schienen liegen:

• Hochkant auf waagerechten Schienen: Die langen Seiten kreuzen die Schienen, die Klemmen sitzen automatisch an der Langseite.
• Quer auf waagerechten Schienen: Nun kreuzen die kurzen Seiten die Schienen, die Klemmen landen an der Kurzseite.

Für eine Quermontage mit voller Tragfähigkeit braucht es deshalb entweder senkrecht laufende Schienen, ein Kreuzschienensystem oder Schienen, die genau unter den langen Kanten liegen. Die meisten Hersteller von Flachdach- und Balkonhalterungen konstruieren ihre Systeme passend für eine Richtung. Vor dem Kauf gehört darum die Montageanleitung des eigenen Moduls neben die der Halterung, und die Klemmbereiche müssen übereinstimmen.

Am Balkon: Brüstungshöhe gegen Geländerlänge

Am Balkongeländer treffen zwei Maße aufeinander, die Länge des Geländers und die Höhe der Brüstung. Übliche Brüstungen sind rund einen Meter hoch.

Quer passt das Modul fast genau in die Brüstungshöhe. Es verdeckt kaum Aussicht, bietet dem Wind wenig Fläche über dem Geländer und hebelt weniger an der Befestigung. Der Preis ist die Länge: Viele Balkone haben keine 3,50 Meter freies Geländer an der Sonnenseite.

Hochkant kommen zwei Module auf deutlich weniger Länge unter. Dafür ragt das Modul entweder über das Geländer hinaus oder hängt unterhalb der Bodenplatte, je nachdem, wie die Halterung es positioniert. Wer die Wahl hat, nimmt am Balkon meist quer. Den Ablauf der Montage beschreibt der Ratgeber Solarmodul am Balkon montieren.

Auf dem Flachdach und im Garten: flacher ist ruhiger

Aufgeständert zeigt sich der größte Unterschied in der Bauhöhe. Bei 30 Grad Neigung ergibt sich:

Ein quer aufgeständertes Modul steht rund ein Drittel niedriger. Das senkt die Windangriffsfläche über dem Dach und damit den nötigen Ballast, und die Reihen dürfen enger stehen. Der verbleibende Reihenschatten im Winter fällt genau von unten ein, wo die Quermontage nur einen String verliert. Darum ist quer auf Flachdächern und bei Gartenständern der Normalfall. Welche Winkel sich dort lohnen, zeigt der Ratgeber Balkonkraftwerk auf dem Flachdach aufständern, wie viel Beschwerung nötig ist, der Ratgeber Flachdach-Ballast.

Auf dem Schrägdach: die Dachmaße entscheiden

Auf dem geneigten Dach ist hochkant der Standard, weil die Schienen waagerecht laufen und die Klemmen damit an der Langseite sitzen. Quer lohnt sich, wenn die Dachtiefe genau dazwischen liegt: Wo zwei Hochkantreihen passen und für eine dritte ein halber Meter fehlt, passen oft drei oder vier Querreihen.

Der Unterschied kann groß sein. Der Ratgeber Photovoltaik: Quadratmeter pro kWp rechnet ein Beispieldach mit fünf Metern Tiefe durch, auf dem hochkant 6,3 Kilowattpeak und quer 9,0 Kilowattpeak Platz finden. Gemischte Belegungen mit Hochkant- und Querreihen sind üblich, solange jede Reihe ihre passende Unterkonstruktion bekommt.

Die Entscheidung in fünf Situationen

Wer ein älteres Vollzellenmodul verbaut, verschiebt die Entscheidung bei jedem Schatten von unten klar zur Quermontage. Ob ein Modul Halbzellen hat, verrät das Datenblatt über die Zellzahl (108, 120 oder 144 statt 54, 60 oder 72). Auch von außen ist es zu erkennen: Halbzellenmodule haben einen durchgehenden Spalt quer durch die Modulmitte, und die Anschlussdosen sitzen meist dort statt am Modulrand.

Fazit

Quer oder hochkant ist in erster Linie eine Frage der Umgebung. Ohne Schatten liefern beide Richtungen denselben Strom, und dann entscheiden der verfügbare Platz und die Halterung. Sobald Schatten von unten ins Spiel kommt, lohnt die kurze Rechnung: Flache Ränder wie Schnee, Schmutz oder Reihenschatten auf dem Flachdach sprechen für quer, hohe Brüstungsschatten für ein Halbzellenmodul hochkant.

Vor dem Kauf der Halterung gehören die Klemmbereiche aus der Montageanleitung des Moduls auf den Tisch. Eine Quermontage auf waagerechten Schienen klemmt an der kurzen Seite und trägt dort bei vielen Modulen nur einen Bruchteil der Last. Wer diese beiden Punkte klärt, trifft die Richtung in wenigen Minuten und holt aus jedem Standort das Maximum heraus.