PV: Gute Positionsstrategie bringt Energiegewinne
Energiegewinne zwischen 19 % und 43 % können realisiert werden, wenn die PV-Positionierungsstrategie gut gewählt ist.
Das Umdenken in der Gesellschaft verstärkt in energieautarke, regenerative Energiesysteme zu investieren, wirft auch zahlreiche Fragen auf. Einer davon, nämlich jener der optimalen Positionierungsstrategie für einen maximalen Energieertrag eines Photovoltaik-Systems, widmet sich die Bachelorarbeit von Manuel Hainzl. Eine wichtige Aussage betrifft die Energiegewinne: zwischen 19 % und 43 % können realisiert werden. Diese hängen jedoch von der Anzahl an Positionsänderungen ab.
Manuel Hainzl hat die Themenbörse Abschlussarbeiten für sein Wissensmanagement zur optimalen Positionierung von Photovoltaikpaneelen genutzt. Nicht nur, dass die untersuchte Gemeinde St. Pantaleon-Erla unmittelbar von den Erkenntnissen profitiert, auch die Abteilung Umwelt- und Energiewirtschaft des Landes NÖ interessiert sich dafür. Fachgesimpelt wurde am 7. November 2022 im Zuge der Abschlusspräsentation der Bachelorarbeit.
Michael Hackl reflektiert seitens der Abteilung Umwelt- und Energiewirtschaft: „Interessant fand ich das Ergebnis, dass sich von der jährlichen, einmaligen Ausrichtung, also montieren und liegen lassen am Dach, bis hin zur täglichen Anpassung des Winkels kaum Gewinne verzeichnen lassen. Erst ab der stündlich Anpassung werden wieder höhere Erträge erzielt. Kernaussage für mich: Eine Ausrichtung am Dach mit 35° ist das Optimum. Danach ist bei kleinen Anlagen erst wieder eine stündliche Nachführung sinnvoll. Für Großanlagen hingegen könnten die paar Prozent Ausrichtungsänderung jedoch auch sinnvoll sein, am Hausdach aber nicht.“
Darüber hinaus hält Hackl fest, dass für ihn, die Abteilung, aber auch für die Klimaziele wichtig sei, dass nicht nur perfekt süd-ausgerichtet PV-Anlagen mit dem besten Ertrag entstehen sollen, sondern auch Ost-West ausgerichtete Anlagen. Deratige Anlagen seien insbesondere sinnvoll, weil die Bürgerinnen und Bürger über den Tagesverlauf mehr Strom beziehen könnten und gleichzeitig die Tagesspitzen zu Mittag bei reinen Südanlagen wegfielen - was wiederum netzdienlich wäre.
Paneele richtig positionieren – Was dafür erforderlich ist
Ausgehend von der Modellierung des Sonnenstandes für einen gewählten Standort hat Hainzl die einfallende Bestrahlungsstärke über ein gesamtes Jahr ermittelt. Aufgrund der daraus resultierenden ganzjährigen Bestrahlung hat er die optimale Ausrichtung des Solarpaneels für den gegebenen Standort, nämlich St. Pantaleon-Erla, mit Hilfe numerischer Optimierungsmethoden berechnet.
Sieben verschiedenen Varianten wurden gewählt. Die jeweilige Variante unterscheidet sich in der Anzahl der Positionsänderungen innerhalb eines Jahrs. Während beispielsweise bei der jährlichen Optimierung die Ausrichtung des Solarpaneels nur einmal geändert wird, werden bei der monatlichen Version zwölf Positionsänderungen vorgenommen.
Manuel Hainzl hat in seiner Bachelorarbeit als kleinste zeitliche Einheit stündlich optimiert. Das entspricht einem langsamen zweiachsigen Nachführsystem, bei dem der Einfallswinkel zwischen Sonnenrichtung und Flächennormale minimiert wird - das Paneel folgt der Sonne vom Auf- bis zum Untergang. Die stündliche Optimierung bringt zwar den höchsten Energieertrag, ist aber speziell auf Dächern wegen der räumlichen Begrenzungen und dem zusätzlichen Montageaufwand eher nicht geeignet.
Zur Validierung der mathematischen Modellierung und Optimierung hat Hainzl für seine Bachelorarbeit eine abschließende Versuchsanordnung zur Aufnahme von Messdaten aufgebaut, um die theoretisch ermittelten Ergebnisse in der Praxis nachvollziehen zu können.
Positionsstrategie ist alles
Manuel Hainzl kommt in seiner Bachelorarbeit zum Schluss, dass eine optimale Positionierungsstrategie Energiegewinne zwischen 19 % und 43 % bringen, wobei diese von der Anzahl an Positionsänderungen abhängen. Die Energiegewinne beziehen sich auf einen Vergleich mit horizontal aufgestellten Photovoltaikpaneelen für einen Standort in Österreich - im konkreten Fall St. Pantaleon-Erla.
Bei Interesse an den konkreten mathematischen Modellen und unterschiedlichen PV-Strategien können Sie die Bachelorarbeit von Manuel Hainzl, Absolvent der Johannes Kepler Universität, heranziehen.