PVGIS: Diese Möglichkeiten bietet Ihnen das Tool

Ertragsprognosen für die geplante PV-Anlage erstellen, die Ausrichtung der Solarmodule optimieren, Strompreise ermitteln und verschiedene Optionen miteinander vergleichen - das kostenlose Online-Tool PVGIS bietet viele Möglichkeiten. Erfahren Sie hier, wie es funktioniert.

Was versteht man unter PVGIS?

PVGIS steht als Abkürzung für Photovoltaic Geographical Information System, hilft also als GIS-System den Ertrag der eigenen Anlage anhand von real gemessenen Daten, die in einer Datenbank gespeichert sind, zu berechnen. Dabei müssen Nutzer nicht ihre persönlichen Daten eingeben, sondern vielmehr den Standort der Anlage sowie deren Ausrichtung. Das kostenlose Tool der Europäischen Kommission ist daher eine wichtige Hilfestellung für die Dimensionierung der eigenen Photovoltaik-Anlage sowie möglichen Speichern.

Selbstständig Ertragsprognose für die PV-Anlage erstellen - so funktioniert PVGIS

Das PVGIS-Tool können alle Interessierten direkt auf den Seiten der Europäischen Kommission nutzen und online eine Ertragsprognose für die geplante PV-Anlage erstellen. Das Online-Tool ist über diesen Link (https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/de/tools.html) erreichbar und in fünf gängigen europäischen Sprachen nutzbar. Neben einer Karte, auf der man die genaue Position der PV-Anlage eingeben kann, findet man zahlreiche Auswahlmöglichkeiten, über die man den individuellen PV-Ertrag für seine Anlage berechnen kann.

Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für PVGIS

Mithilfe des PVGIS können Sie die Leistung verschiedener Anlagensysteme berechnen. Wählen Sie daher zunächst aus, ob Sie die Berechnung des Leistungsvermögens von netzgekoppelten PV-Anlagen, nachgeführten PV-Anlagen oder netzunabhängigen PV-Anlagen durchführen wollen.

Da die meisten in Deutschland installierten Anlagen netzgekoppelt sind, wollen wir zunächst erklären, wie Sie hier in zehn einfachen Schritten vorgehen:

Schritt 1: Standortauswahl

Indem Sie auf die Karte im PVGIS-Tool klicken, können Sie den genauen Standort für Ihre PV-Anlage angeben. Alternativ können Sie auch die Adresse in dem Feld unter der Karte angeben.

Haben Sie dies getan, erscheint im Feld Datenbank für Solareinstrahlung eine der aktuellen Solarstrahlungsdatenbanken. Für Europa sind zwei der insgesamt vier verschiedenen Datenbanken mit stündlicher Zeitauflösung interessant. Die aktuellere PVGIS-SARAH2 (0.05º x 0.05º), die sich auf den Zeitraum von 2005 bis 2020 bezieht, und die PVGIS-SARAH*, welche eine zeitliche Abdeckung von 2005 bis 2016 vorweist. In der Regel können Sie die Vorauswahl belassen, bei Bedarf können Sie aber auch eine andere Option, die die gewünschte Region abdeckt, auswählen.

Schritt 2: Geländeschatten verwenden

In diesem Schritt haben Sie die Möglichkeit, eine Datei mit dem Abbild des Horizonts hochzuladen, um den Einfluss von Schatten auf der PV-Anlage zu berechnen. Es genügt aber auch mit dem vorgegebenen Horizont zu rechnen, denn dies wird in den meisten Fällen ein korrektes Ergebnis erzielen.

Schritt 3: Art der PV-Module wählen

Unter dem Feld Datenbank für Solareinstrahlung können Sie wählen, aus welcher Technologie Ihre PV-Module bestehen:

• Kristallines Silizium
• CIS (=Dünnschichtmodule als CIS- oder CIGS-Solarzelle)
• CdTe (=Dünnschichtmodule aus CdTe)

Schritt 4: Installierte maximale Leistung der PV-Leistung in kWp

Hier geben Sie die installierte Leistung Ihrer PV-Anlage in kWp, also Kilowatt Peak, ein. Ein Großteil der PV-Module hat eine Nennleistung von 250 bis 350 Wp, was 0,25 bzw. 0,35 kWp entspricht. Besteht Ihre Anlage aus 5 Modulen mit jeweils 300 Wp, beträgt die installierte Leistung der gesamten Anlage 1,5 kWp.

Sie wissen noch nicht, wie groß Sie Ihre PV-Anlage gestalten wollen? Dann geben Sie hier einfach „1 kWp“ ein und nutzen diesen standardisierten Wert für die Planung Ihrer Anlage. Auf diese Weise ist es auch möglich, verschiedene Standorte miteinander zu vergleichen.

Schritt 5: Systemverlust angeben

Jede Photovoltaikanlage hat Verluste, die durch das Zusammenwirken der verschiedenen Komponenten (z. B. Kabel und Wechselrichter) entstehen. Für jede dieser Komponente sowie für die gesamte Anlage wird immer ein Wirkungsgrad in Prozent angegeben. Der Systemverlust entspricht dabei 100 Prozent minus Wirkungsgrad. Beträgt der Wirkungsgrad also 90 Prozent, muss man einen Systemverlust von 10 Prozent eintragen.

Standardmäßig sind in diesem Feld 14 Prozent eingegeben. Dies ist ein realistischer Wert für viele Anlagen. Wer hingegen den genauen Wert der Anlage kennt, kann diesen eintragen.

Schritt 6: Montageposition wählen

Hier stehen nur zwei Optionen zur Auswahl:

• Freistehend
• Auf Dach / Gebäudeintegriert

Die Wahl der Montageposition ist entscheidend, da sie bei fest ausgerichteten Anlagen (ohne Nachführsystem) die Temperatur der Module und damit ihren Wirkungsgrad beeinflusst. Durch eine mangelnde Hinterlüftung heizen sich die Module bis zu 15 °C bei 1000W/ m² Sonnenlicht stärker auf, wodurch ihr Ertrag sinkt.

Unter freistehenden Systemen versteht man daher Module, die auf einem Montagesystem installiert werden, das eine Hinterströmung gewährleistet. Achtung: Dies kann auch bei einer Dachmontage der Fall sein.

Auf Dach / Gebäudeintegrierte Systeme sind hingegen komplett in die Struktur des Daches oder Wand eines Gebäudes eingebaut, sodass keine oder kaum Luft hinter den Modulen durchströmen kann.

Werden Module auf Dächern mit gewölbten Dachziegeln installiert und kann daher Luft hinter ihnen durchströmen, kann man eine doppelte Berechnung vornehmen und den Mittelwert der berechneten Leistung heranziehen.

Schritt 7: Neigungswinkel eingeben oder berechnen lassen

In diesem Feld geben Sie den Winkel der PV-Module von der horizontalen Ebene ein. Dies ist nur dann nötig, wenn sie fest ausgerichtet sind, also bei Anlagen ohne Nachführsystem.

Bei der Installation einer PV-Anlage auf einem bereits existierenden Dach ist der Neigungswinkel bereits bekannt und beträgt auf einem Schrägdach meist zwischen rund 30° bis 35°. An der Fassade angebrachte Module haben dagegen eine 90° Neigung.

Können Sie die Neigung wiederum frei wählen, bietet PVGIS die Möglichkeit, den optimalen, ganzjährig fest ausgerichteten Neigungs- und Orientierungswinkel für Sie zu berechnen. Klicken Sie dazu auf das entsprechende Kästchen.

Schritt 8: Azimuth bzw. Orientierungswinkel: Die Abweichung von der Ausrichtung nach Süden

Die ideale Ausrichtung für eine PV-Anlage ist in den meisten Fällen Süden, schließlich ist so die Sonneneinstrahlung am stärksten. Doch nicht jedes Dach ist nach Süden ausgerichtet, weshalb in diesem Fall eine andere Zahl als Null eingegeben werden muss.

Die Eingabe "0°" bedeutet also eine Ausrichtung nach Süden. Ist das Dach hingegen nach Osten ausgerichtet, entspricht dies hingegen einem Wert von -90°, während eine Ausrichtung nach Westen einen Wert von 90° verlangt.

Wie beim Neigungswinkel kann PVGIS den optimalen, ganzjährig fest ausgerichteten Orientierungswinkel für Sie berechnen, wenn Sie beispielsweise über ein Flachdach verfügen.

Schritt 9: PV-Strompreis berechnen (optional)

Wer sich fragt, ob sich eine Solaranlage für sich lohnt, kann mit dem PVGIS auch die Kosten für den PV-Strom ausrechnen. Dazu werden folgende Daten abgefragt:

• Kosten für die PV-Anlage inlusive Montage
• Zinssatz für Darlehen, die für die Finanzierung der PV-Anlage aufgenommen wurden
• Lebensdauer der Anlage

Haben Sie noch kein Angebot für Ihre PV-Anlage eingeholt, können Sie im ersten Feld einen Daumenwert von etwa 1.500 bis 1.700 Euro pro kWp installierter Leistung eingeben. Im zweiten Feld geben Sie entweder den jährlichen Zinssatz Ihres Kredites ein oder „0“, wenn Sie die Kosten selbst aufbringen können. Bei der Lebensdauer der Anlage ist es üblich, 20 Jahre einzugeben, bei neuen PV-Anlagen kann man jedoch eher von einer Lebenserwartung von 30 Jahren ausgehen. Je länger PV-Anlagen funktionieren, desto niedriger fallen die Stromkosten aus.

Schritt 10: Berechnung durchführen

Haben Sie alle Daten eingegeben, müssen Sie lediglich auf das Feld "Ergebnisse anzeigen" klicken, um die Erträge für Ihre Solaranlage zu berechnen. Die Ergebnisse der Zusammenfassung, des Ertragsdiagramms sowie der Horizontlinie kann man dann bei Bedarf sich einzeln als png-Datei speichern oder als pdf herunterladen.

Was zeigt PVGIS - Das Ergebnis

Das PVGIS-Tool zeigt direkt online die Ergebnisse in einer übersichtlichen Weise an. Dabei kann man links die gemachten Eingaben sowie das Ergebnis der Simulation sehen. Hier werden u. a. die Energieerzeugung und Einstrahlung pro Jahr sowie die Stromkosten pro kWh angegeben. Beispielberechnung:

Gemachte Eingaben:

• Breite/Länge: 50.235,10.010
• Horizont: Berechnet
• Verw. Datenbank: PVGIS-SARAH2
• PV Technologie: Kristallines Silizium
• Installierte PV: 1 kWp
• Systemverlust: 14 %

Ergebnisse der Simulation

• Neigungswinkel [°]: 35
• Azimut-Winkel [°]: 0
• Energieerzeugung pro Jahr: 1053.45 kWh
• Einstrahlung/Jahr auf Modulebene: 1316.34 kWh/m²
• Jährliche Schwankungen: 56.11 kWh
• Veränderung der Ergebnisse aufgrund von:
• Einfallswinkel: -3.09 %
• Spektraleffekte: 1.73 %
• Temp + niedrige Bestrahlungsst: -5.61 %
• Gesamtverlust: -19.97 %
• Stromkosten [pro kWh]: 0.100

Ein Balkendiagramm zeigt den zu erwartenden monatlichen Energieertrag der Solaranlage, der in den Sommermonaten selbstverständlich deutlich höher ausfällt als im Winter:

Ein ähnliches Bild zeigt sich auf dem Diagramm mit den Werten für die Einstrahlung pro Monat:

Eine Grafik rechts zeigt die entsprechende Horizontlinie mit der Sonnenhöhe im Juni und Dezember:

Netzabhängige PV-Anlage mit PVGIS optimieren

Um den Ertrag einer PV-Anlage zu optimieren, kann man mit dem PVGIS-Tool verschiedene Simulationen durchführen und die Ergebnisse miteinander vergleichen. So kann bei der Simulation die Option "Neigung und Azimut optimieren" gewählt, wobei beim Beispiel oben eine Empfehlung von 37° Neigung und -2° Orientierung errechnet wurde. Der Ertrag pro Jahr wurde dabei allerdings nur minimal von 1053.45 kWh auf 1053.96 kWh erhöht.

Einen größeren Unterschied macht es hingegen, wenn man die Montageart von "freistehend" auf "Gebäudeinstalliert" ändert. Hier sinkt der Ertrag auf 1017.65 kWh pro Jahr, wodurch deutlich wird, dass sich die freistehende Variante mehr rentiert.

Auch bei Dünnschichtmodulen aus Cis ist bei freistehenden Anlagen mit 1026.93 kWh pro Jahr weniger Ertrag zu erwarten.

Für Nutzer, denen verschiedene Standorte für Ihre PV-Anlage zur Verfügung stehen, können diese mit dem Tool auch gut miteinander vergleichen und dabei die speziellen Standortvoraussetzungen berücksichtigen.

PVGIS für Photovoltaikanlagen mit Batteriespeicher

Eine Photovoltaikanlage mit Speicher bietet die Möglichkeit, den Eigenverbrauch des selbst produzierten Solarstroms deutlich zu erhöhen und damit die Rentabilität der gesamten Investition. Schließlich ist die Einspeisevergütung, die Sie für ins Netz eingespeisten Strom erhalten, deutlich niedriger als der Preis, den Sie für den Strom bezahlen, den Sie brauchen, wenn die Solaranlage ihn aktuell nicht liefert.

Dem Gegenüber stehen allerdings die nicht ganz niedrigen Kosten für eine Batterie, die natürlich umso höher sind, je größer diese gewählt wird. Hier ist also ein genaues Abwägen wichtig - und genau dabei hilft Ihnen das PVGIS-Tool ebenfalls.

Simulation für netzunabhängige Photovoltaikanlagen

Haben Sie die Option "Netzunabhängig" gewählt, stehen Ihnen folgende Eingabe-Felder zur Verfügung, wobei Sie auch hier optional Horizontdateien für die entsprechende PV-Anlage hochladen können:

• Datenbank für Solareinstrahlung
• Installierte maximale PV-Leistung [Wp]
• Batteriekapazität [Wh]
• Entladungsgrenzwert [%]
• Tagesverbrauch [Wh]
• Verbrauchsdaten hochladen (optional)
• Neigung [°]
• Azimut [°]

Durch die Eingabe von verschiedenen Werten für die installierte maximale PV-Leistung und Batteriekapazität können Sie die für Sie beste Option wählen.

Um ein genau auf Ihren Verbrauch abgestimmtes Ergebnis zu erhalten, können Sie Ihren persönlichen Tagesverbrauch eingeben. Das PVGIS-Tool geht dann bei seiner Berechnung von einem für einen Haushalt üblichen Muster aus. Dabei ist der Verbrauch am Abend am höchsten.

Eine noch genauere Berechnung erhalten Sie jedoch, wenn Sie die Simulation mit Ihren eigenen Verbrauchsdaten berechnen. Insbesondere wenn das Verbrauchsprofil nicht dem vom PVGIS angenommenen Muster entspricht, können Sie Ihr eigenes hochladen. Dabei muss der stündliche Verbrauch in 24-stündlichen Werten angegeben werden. Die Werte müssen dabei dem Anteil des Tagesverbrauchs pro Stunde entsprechen und die Summe der Angaben gleich 1 sein. (Hier finden Sie das passende Format für die Standardverbrauch-Datei)

Nachgeführte Photovoltaikanlagen mit PVGIS optimieren

Die Erträge von nachgeführten Photovoltaikanlagen sind deutlich höher als von fest installierten, da sie Ihre Ausrichtung anpassen können. Allerdings sind solche Anlagen so teuer und wartungsintensiv, dass Sie sich für private Nutzer kaum lohnen.

Mit PVGIS können Sie die Erträge von nachgeführten Solaranlagen berechnen, wobei folgende Montagemöglichkeiten ausgewählt werden können:

• Vertikale Achse
• Geneigte Achse
• Zwei-achsig

Gleichzeitig können Sie die Neigung vorgeben bzw. optimieren.

Der berechnete PV-Ertrag für die jeweilige Option hilft bei der Beurteilung der Rentabilität einer solchen Anlage.

Fazit

Schon bei der Planung einer Photovoltaikanlage sollten Prognosen über zu erwartende Energieerträge erstellt werden, um die Anlage richtig zu dimensionieren. Hierfür stellt PVGIS ein hilfreiches und leicht zu bedienendes Tool dar. Außerdem können Sie damit auf einfache Weise die Wirtschaftlichkeit Ihres geplanten Anlagetyps berechnen, verschiedene Angebote miteinander vergleichen und gegebenenfalls eine Optimierung der Anlage durchführen.

FAQ - Häufig gestellte Fragen

Woher stammen die Sonneneinstrahlungsdatenbanken im PVGIS?

Die drei aktuellen Datenbanken stützen sich auf satellitengestützte Daten mit stündlicher Zeitauflösung. Für Europa, Afrika, den größten Teil Asiens und Teile Südamerikas bietet PVGIS-SARAH2 (0.05º x 0.05º) genaue Daten, die aufgrund einer zeitlichen Abdeckung von 2005 bis 2020 durch CM SAF (kurz für: Satellite Application Facility on Climate Monitoring) als Ersatz für SARAH-1 (PVGIS-SARAH) hergestellt wurde. PVGIS-SARAH* (0.05º x 0.05º) verfügt über eine ähnliche Abdeckung, deckt aber nur den Zeitraum von 2005 bis 2016 ab.

Für die USA steht wiederum die Datenbank PVGIS-NSRDB (0.04º x 0.04º) zur Verfügung, welche in Zusammenarbeit mit der NREL erstellt wurde.

Interessierte in Gebieten, die durch diese Datenbanken nicht abgedeckt werden, können die Reanalysedatenbank PVGIS-ERA5 (0.25º x 0.25º) mit globaler Abdeckung nutzen. Im Allgemeinen haben diese Datenbanken allerdings eine größere Ungenauigkeit als satellitengestützte.

Warum ist es sinnvoll, auf einem Flachdach Neigung und Ausrichtung der PV-Module zu optimieren?

Während auf einem Satteldach die Neigung und Ausrichtung für die Solarmodule bereits vorgegeben ist, können sie auf einem Flachdach frei gewählt werden. Um die Erträge zu erhöhen, ist es hilfreich, diese Parameter zu optimieren. Dies kann man bei PVGIS ganz einfach dadurch tun, indem man die entsprechenden Häkchen setzt.

Die optimale Neigung von PV-Anlagen wird vor allem durch den Breitengrad des Standorts beeinflusst. Daher sollten PV-Module im Norden steiler positioniert werden als im Süden, um mehr direktes Sonnenlicht einzufangen.

Die optimale Ausrichtung wird dagegen durch mögliche Verschattungen der PV-Anlage beeinflusst, weshalb sich an unterschiedlichen Standorten verschiedene optimale Ausrichtungen ergeben.