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Energieberechnung einer Photovoltaikanlage

Messpunkte anlegen

Um den Energieertrag einer Photovoltaikanlage zu berechnen, müssen Sie einen Messpunkt anlegen. Gehen Sie dazu wie beim Anlegen der Objekte Haus und Baum vor: Klicken Sie in der Werkzeugleiste des Editors auf den linken Button Hinzufügen und wählen Sie im Auswahldialog den Eintrag Messpunkt aus. In der 3d-Szene erscheint ein Messpunkt (am Koordinatenursprung) und gleichzeitig öffnet sich das Bearbeitungsfenster für die Eigenschaften des Messpunkt-Objektes.

Die Photovoltaikanlage befinde sich auf dem Dach des Hauses. Daher muss der Messpunkt entsprechend ausgerichtet und positioniert werden. Die Dachneigung beträgt 45° (im Bearbeitungsfenster für das Haus-Objekt wird aus diesem Grund die Dachneigung angezeigt). Der Messpunkt muss daher erst entsprechend gedreht und dann so positioniert werden, dass er etwas über dem Dach zum Liegen kommt (um zu vermeiden, dass das Dach Schatten auf den Messpunkt wirft, sollte dieser nicht direkt auf dem Dach liegen). Die entsprechenden Daten können Sie dem folgenden Bild entnehmen (die zweite Transformation erzeugen Sie durch Klick auf den ganz linken Button neben der ersten Transformation):

Hinweise zum Bearbeitungsfenster des Messpunktes:

• Das Kontrollkästchen Empfängt Schatten legt fest, ob auch für die Messpunktfläche der Schattenwurf angezeigt werden soll. Es beeinflusst aber nicht die Energieberechnung.
• Dasselbe gilt für die Größe des Messpunktes. Auch diese dient nur zur Steuerung der graphischen Darstellung.
• Die Nachführung hingegen beeinflusst die Energieberechnung. Sie legt fest, inwieweit die Fläche des Messpunktes zur Sonne ausgerichtet wird:
  • Keine: Die Orientierung der Fläche wird nicht geändert.
  • Nur Azimuth: Die Fläche wird um die Hochachse (z-Achse) jeweils in Richtung Sonne gedreht.
  • Komplett: Es wird auch die Neigung der Fläche angepasst, so dass diese immer senkrecht zur Sonneneinstrahlung steht.

Berechnung des Energieertrages

Zur Berechnung des Energieertrages wechseln Sie nach dem Schließen des Bearbeitungsfensters auf die Funktion Schatten- und Energieberechnung in 3d-Szene. Unter elektrische Leistung der Photovoltaikanlage müssen Sie noch den passenden Wert (durch Klick auf den neben stehenden Button) eintragen; in diesem Beispiel sind es 8.4 kWp ("Kilowatt Peak").

In der darunter stehenden Tabelle werden für jeden Messpunkt folgende Daten angezeigt:

• Aktuelle Leistung in W.
• Energieertrag in kWh für die einzelnen Jahreszeiten (MAM = Frühjahr, JJA = Sommer, SON = Herbst, DJF = Winter).
• Energieertrag in kWh für das gesamte Jahr.

Die Daten hängen von den eingestellten Parametern für die Strahlungsberechnung (z.B. Linke Trübungsfaktor und Wolkenbedeckungsgrad) ab und können von Ihrer Berechnung abweichen:

Ermittlung des Einflusses des Schattenwurfes

Die berechneten Werte wollen wir mit einer Photovoltaikanlage vergleichen, die nicht durch den Baum abgeschattet wird. Hierzu legen Sie einen zweiten Messpunkt an: Gehen Sie zurück zum Editor der 3d-Szene, klicken Sie auf den Messpunkt und duplizieren Sie diesen durch Klick auf die Buttons Kopieren und Einfügen. Ein Doppelklick auf den zweiten Messpunkt öffnet das Bearbeitungsfenster. Schieben Sie diesen Messpunkt so weit nach oben, dass er nicht mehr abgeschattet wird (hier: 12 Meter über dem Boden). Damit der Messpunkt eindeutig identifiziert werden kann, müssen Sie ihm noch einen anderen Namen geben, z.B. Ohne Schatten:

Wenn Sie zur Funktion Schatten- und Energieberechnung in 3d-Szene zurück wechseln, sehen Sie in der unteren Tabelle für jeden Messpunkt eine Zeile:

Hieraus ist klar ersichtlich, dass die Photovoltaikanlage auf dem Hausdach bedingt durch den Schattenwurf des Baumes ca. 520 kWh weniger Energie im Jahr liefert, wobei die größten Einbußen im Sommer (ca. 280 kWh) und im Frühjahr (ca. 180 kWh) entstehen, während im Winter der Schattenwurf keine Auswirkung hat.

Aus der Tabelle können Sie auch erkennen, dass die Photovoltaikanlage auch dann noch eine nicht zu vernachlässigende Leistung liefert, wenn Sie im Schatten liegt (im obigen Beispiel ca. 320 W statt 1100 W, also ca. ein Drittel im Vergleich zu einer Anlage ohne Abschattung). Dies liegt an der diffusen Himmelsstrahlung: Bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass ein Messpunkt "freie Sicht" auf den Himmel hat und es keine sogenannten Horizonteinschränkungen gibt (z.B. durch große, in der Nähe befindliche Gebäude).

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