Dachneigung und Ausrichtung für Solarthermie Anlagen

Basis des Solarthermie Ertrages ist die Globalstrahlung. Die Globalstrahlung ist die Strahlungsenergie, die auf der Erde ankommt. Sie lag in Deutschland für das gesamte Jahr 2010 im Mittel bei 1.070 kWh pro Quadratmeter. Dieser Wert bezieht sich auf eine horizontale Fläche. Im Anwendungsfall würde dies ein Flachdach sein, auf dem Solarthermie Kollektoren horizontal angebracht wären. Klassische Fälle sind jedoch geneigte Dächer.

Die Strahlungsleistung kann dann optimal genutzt werden, wenn sie senkrecht auf den Kollektor trifft. Ein Satteldach kommt diesem Umstand entgegen, die eigentliche Dachneigung lässt sich baulich nachträglich jedoch nicht mehr beeinflussen.

Der Anstellwinkel der Kollektoren wird deshalb je nach Dachneigung unter Umständen durch eine Aufständerung ausgleichen. Grundlage hierfür ist das Nutzungsverhalten:

In den verschiedenen Jahreszeiten ist der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen unterschiedlich. Zur Mittagszeit beträgt er z. B. im Sommer ca. 60°, im Winter nur ca. 15°.

Soll die Solarthermie Anlage eher im Winter oder im Sommer Warmwasser produzieren? Im ersten Fall ist eine hohe Dachneigung besser, im zweiten Fall eine niedrigere Dachneigung.

Selbst innerhalb Deutschlands variiert die optimale Dachneigung durch den unterschiedlichen Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Im Süden ist die optimale Dachneigung flacher als im Norden. Einen konkreten Wert für die optimale Dachneigung gibt es deshalb nicht. Zwischen 25° und 70° ist die Dachneigung in Deutschland je nach Region und Anlagenkonfiguration optimal.

Sonnenhöhenwinkel selbst bestimmen: Der Sonneneinfallswinkel variiert in Deutschland um circa 7°. Der regionale Sonneneinfallswinkel ist leicht für den individuellen Standort bestimmbar: man nimmt 90° und subtrahiert die geographische Breite und addiert (bzw. subtrahiert) die Sonnendeklination.

Beispiele: Die Deklination beträgt zur Sommersonnenwende + 23,5°, zur Wintersonnenwende -23,5°. Am 21. März und dem 23. September liegt die Sonnendeklination bei Null (Sonne steht senkrecht über dem Äquator).

Für ausgewählte Orte in Deutschland ergeben sich also folgende Werte für den Sonnenhöhenwinkel:

• Flensburg: ca. 55°N, somit beträgt der Einfallswinkel im Sommer 58,5° und im Winter 11,5°.

• München: ca. 48°N, somit beträgt der Einfallswinkel im Sommer 65,5° und im Winter 18,5°.

Solarthermie erwirtschaftet hohe Erträge, wenn die Kollektoren möglichst viel bestrahlt werden. Deshalb ist in Deutschland eine Ausrichtung der Kollektoren der Solarthermie Anlage nach Süden optimal. Zusätzlich sollte die Solarthermie Anlage möglichst wenig beschattet werden, z. B. durch Bäume. Ausrichtung und Dachneigung sind wesentliche Faktoren für die Dimensionierung der Solarthermie Anlage. Sind Ausrichtung und Dachneigung ungünstig, werden in der Regel zusätzlichen Kollektoren installiert. Die folgende Grafik stellt das Zusammenspiel zwischen Ausrichtung und Ertrag dar.

Bei einer Ausrichtung zwischen Südost und Südwest und einer Dachneigung zwischen 30° und 50° (Warmwasser-Anlagen) und 45° bis 70° (Heizungsunterstützende Anlagen) erwirtschaften Solarthermie Anlagen in Deutschland den optimalen Ertrag.

Für die individuelle Planung hilft der Solarthermie Fachbetrieb. Er wird errechnen, ob Dachneigung und Dachausrichtung eine solide Grundlage für eine wirtschaftliche Solarthermieanlage bieten.