Der Ertrag der Photovoltaikmodule wird maßgeblich über die Sonnenstrahlung beeinflusst. Die Globalstrahlung und der Einstrahlungswinkel sind je nach Standort zu bestimmen. Für eine genauere Bestimmung der Globalstrahlung am jeweiligen Standort erstellt der Deutsche Wetterdienst (DWD) Globalstrahlungskarten auf der Basis von 20-jährigen Mittelwerten. I. d. R. gelten die Globalstrahlungsdaten für horizontale Flächen. Zudem kann man in der DIN V 18599-10:2018-09 (Anhang E) von einigen Städten monatsweise für unterschiedliche Neigungswinkel und Ausrichtungen aufgeführte Globalstrahlungsdaten erhalten.
Abbildung: Mittlere jährliche Globalstrahlung, Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH, vgl. M. Hegger et al., Energie Atlas, 2007
Wichtig sind außerdem die Kenntnis über die Dauer bzw. Richtung der Sonneneinstrahlung. Die Intensität der Globalstrahlung und der Anteil diffuser Strahlung an einem Ort sind jahres- und tageszeitlichen Schwankungen unterworfen. Mit dem Stand der Sonne ist sie mittags stärker als morgens und abends und im Sommer stärker als im Winter. In den nördlichen Hemisphären wandert die Sonne von Osten nach Westen und verändert dabei ihren Höhenstand im Tages- und Jahresverlauf. So verzeichnet Deutschland bei wolkenlosem Himmel an einem bis zu 17 Stunden langen Sommertag etwa 25 Mal mehr Sonnenenergie als ein bedeckter Tag im Winter, wenn die Tageslänge auf acht Stunden schrumpft. Die Solareinstrahlung unterliegt also starken jahreszeitlichen Schwankungen, rund zwei Drittel des solaren Energieangebots in Deutschland stehen zwischen April und September zur Verfügung.
Abbildung: Jahreszeitlicher Sonnenverlauf auf der nördlichen Erdhalbkugel; 21. Juni (Sommersonnenwende); 21. März/ Sept. (Tagundnachtgleiche); 21. Dezember (Wintersonnenwende). Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH, vgl. M. Hegger, et. al., Energie Atlas,1. Auflage
Abbildung: Strahlungsintensität auf unterschiedlich orientierte Flächen, im Winter, 21. Dezember (links), im Frühjahr, 23. März und Herbst 23. Sept. (Mitte), im Sommer, 21. Juni (rechts). Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH, vgl. Pistohl, Handbuch der Gebäudetechnik, Band 2, 7. Auflage, Werner Verlag 2009
Im Gegensatz zur solaren Wärmeerzeugung sind Systeme zur solaren Stromerzeugung i. d. R. „noch“ auf eine Maximierung der Erträge über das gesamte Jahr ausgelegt. In Deutschland werden mit einer Südorientierung und einer Neigung von ca. 30° zur Horizontalen optimale Energieerträge erreicht. Abweichende Flächen nach Südost und Südwest liefern ebenfalls annähernd gute Werte. In der Horizontalen liegt die Jahressumme der Globalstrahlung 10 bis 15 % niedriger. Fassadenflächen weisen bei südlicher Orientierung noch 75 % der Einstrahlung gegenüber einer optimalen Ausrichtung auf. Bei gleichzeitiger Funktionsübernahme von Bauteilen sind auch Fassaden potentielle Flächen für die Installation. Für ausgewählte Ausrichtungen sind die prozentualen Energieerträge im Vergleich zur Horizontalen für die photovoltaische Nutzung in der nachfolgenden Abbildung dargestellt (s. folgende Abbildung).
Abbildung: Relative jährliche Einstrahlung auf unterschiedliche Orientierungen im Vergleich zur Horizontalen, Quelle: ina Planungsgesellschaft mbH; vgl. B. Weller, et al., Photovoltaik, Detail Praxis, 1. Auflage, 2009
