Einfluss des Neigungswinkels auf die Stromerzeugung von Photovoltaik-Kraftwerken

Der Neigungswinkel einer Photovoltaikanlage ist der Winkel zwischen der Oberfläche des Photovoltaikmoduls und der horizontalen Bodenfläche. Bei der Planung einer solchen Anlage werden üblicherweise historische Daten der jährlichen Gesamtstrahlung bei verschiedenen Neigungswinkeln herangezogen, um den Winkel mit der höchsten Strahlung als optimalen Neigungswinkel zu wählen. Da sich die Erde ständig um die Sonne dreht, wandert der Punkt der direkten Sonneneinstrahlung innerhalb einer Erdumdrehung zwischen dem nördlichen und südlichen Wendekreis hin und her. Daher variiert die Gesamtstrahlung, die die Oberfläche des Photovoltaikmoduls empfängt, je nach Neigungswinkel. Der Neigungswinkel, der die höchste jährliche Gesamtstrahlung erhält, wird als optimaler Neigungswinkel bezeichnet.

Bei der Auswahl des optimalen Neigungswinkels müssen Faktoren wie die geografische und natürliche Umgebung des Baugrundstücks berücksichtigt werden. Beispielsweise ist der Einfluss des Neigungswinkels auf Schneerutschungen, der Einfluss von Wind- und Schneedruck auf die Bauteile bei veränderten Neigungswinkeln sowie die Auswirkungen dieser Faktoren auf die Auswahl der Photovoltaik-Tragmaterialien und des Fundament-Gegengewichts zu bedenken. Auch die durch einen zu großen Winkel bedingte Änderung des Abstands zwischen den vorderen und hinteren Reihen und die damit verbundenen höheren Grundstückskosten müssen berücksichtigt werden.

Um den Einfluss unterschiedlicher Neigungswinkel auf die Stromerzeugung zu vergleichen, sollte ein Vergleich mit nur einer Variablen durchgeführt werden. Da die Komponenten innerhalb desselben Kraftwerks jedoch in der Regel den gleichen Neigungswinkel und die gleiche Ausrichtung aufweisen und beim Vergleich von Kraftwerken in verschiedenen Regionen zu viele Einflussfaktoren eine Rolle spielen, empfiehlt sich der Einsatz einer PV-System-Designsoftware. Die meteorologischen Daten dieser Software stammen aus zwei Datenbanken von NASA und Meteonorm. Die Berechnungsgenauigkeit beträgt laut praktischen Berechnungen bis zu 99.3 % und ist somit hoch.

• Der optimale Neigungswinkel hängt von der geografischen Breite ab. Nimmt man den Äquator als Bezugspunkt, so nehmen die entsprechenden optimalen Neigungswinkel mit zunehmender geografischer Breite in Richtung der Pole stetig zu.
• Wenn der Neigungswinkel von der Horizontalen (0°) bis zum optimalen Neigungswinkel zunimmt, steigt die von der Oberfläche empfangene Strahlungsmenge entsprechend an und erreicht ihr Maximum bei Erreichen des optimalen Neigungswinkels; bei weiterem Anstieg des Neigungswinkels nimmt die von der Oberfläche empfangene Strahlungsmenge wieder ab, und die entsprechende Stromerzeugung verringert sich allmählich.
• Der Neigungswinkel liegt innerhalb von ±5° des optimalen Neigungswinkels, und der Einfluss der Strahlung auf die Stromerzeugung ist relativ gering.