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Photovoltaik: Berechnung und Validierung

nPro ermöglicht es, stündlich aufgelöste Leistungsprofile für Photovoltaik-Anlagen zu erzeugen. Wie diese berechnet und validiert werden, erfahren Sie auf dieser Seite.

Wie werden Photovoltaik-Profile berechnet?

Die Berechnung von PV-Erzeugungsprofilen in nPro erfolgt basierend auf dem bekannten und validierten Berechnungstool PVWatts des National Renewable Energy Laboratory (USA). Hierbei wird aus Wetterprofilen für die globale Horizontalstrahlung sowie diffuse Horizontalstrahlung zunächst in Abhängigkeit der Elevation und Azimut die Strahlung auf die geneigte Modulfläche berechnet. Im zweiten Schritt werden verschiedene Verlustkoeffizienten berücksichtigt, die beispielsweise die Alterung oder ohmsche Verluste abbilden. Das in nPro verwendete Berechnungsmodell nimmt an, dass der Gleichstrom der PV-Anlage in Wechselstrom umgewandelt wird. Für das Wechselrichtermodell wird ebenfalls ein Berechnungsansatz des PVWatts-Tools genutzt, welches auf Analysen von Leistungsdaten von Wechselrichtern der California Energy Commission basiert. Beim Wechselrichter werden unter anderem Teillastwirkungsgrade in den Schwachlichtphasen detailliert modelliert. Der Berechnungsansatz ist in der technischen Beschreibung des PVWatts Tools dokumentiert. In nPro wird ein Zelltemperaturkoeffizient von -0,47 %/K angenommen. Dieser beschreibt die Abnahme des Zellwirkungsgrads mit Zunahme der Zelltemperatur.

Das nPro-Tool berechnet für beliebige Ausrichtungen und Neigungen das PV-Erzeugungsprofil in stündlicher Auflösung.

Wie wurden die Photovoltaik-Erzeugungsprofile validiert?

Die mit nPro erzeugten Profile wurden für eine Vielzahl unterschiedlicher Standorte und Ausrichtungen mit den Erzeugungsprofilen von PVWatts verglichen. Ein Auszug der Validierung ist in den nachfolgenden Tabellen dargestellt.

Tabelle 1: Vergleich der PV-Erzeugungsprofile aus nPro mit denen des Tools PVWatts für den Standort Berlin für verschiedene Ausrichtungen und einer Anlagenleistung von 1000 kWp.
Ausrichtung nPro PVWatts Abweichung
Horizontal 789 MWh 790 MWh 0,2 %
30° / Süden 893 MWh 900 MWh 1 %
90° / Süden 633 MWh 614 MWh 3 %
45° / Westen 672 MWh 671 MWh 0,2 %
45° / Osten 684 MWh 684 MWh 0 %
90° / Westen 457 MWh 445 MWh 3 %
90° / Osten 466 MWh 455 MWh 2 %
45° / Norden 446 MWh 431 MWh 3 %
Tabelle 2: Vergleich der PV-Erzeugungsprofile für verschiedene Standorte für eine Modulausrichtung von 30° / Süd und einer Anlagenleistung von 1000 kWp.
Standort nPro PVWatts Abweichung
Berlin (Deutschland) 893 MWh 900,2 MWh 1 %
Riad (Saudi-Arabien) 1725 MWh 1740 MWh 1 %
Moskau (Russland) 906 MWh 907 MWh 0,1 %
Kiruna (Schweden) 768 MWh 771 MWh 0,4 %
Bangkok (Thailand) 1324 MWh 1334 MWh 0,7 %
Barcelona (Spanien) 1309 MWh 1341 MWh 2 %
Kairo (Ägypten) 1547 MWh 1562 MWh 1 %
Tabelle 3: Vergleich der monatlichen PV-Erträge berechnet mit nPro und PVWatts für München mit 30° Neigung und Südausrichtung sowie einer Anlagenleistung von 1000 kWp.
Monat nPro PVWatts
Januar 33,3 MWh 34,3 MWh
Februar 58,0 MWh 58,8 MWh
März 78,7 MWh 79,8 MWh
April 109,8 MWh 110,9 MWh
Mai 138,5 MWh 139,1 MWh
Juni 116,8 MWh 117,0 MWh
Juli 136,5 MWh 137,5 MWh
August 122,4 MWh 123,3 MWh
September 88,7 MWh 88,8 MWh
Oktober 71,0 MWh 70,3 MWh
November 35,2 MWh 35,1 MWh
Dezember 25,8 MWh 26,0 MWh
Tabelle 4: Vergleich der monatlichen PV-Erträge berechnet mit nPro und PVWatts für Kairo (Ägypten) mit 30° Neigung und Südausrichtung sowie einer Anlagenleistung von 1000 kWp.
Monat nPro PVWatts
Januar 96,8 MWh 97,9 MWh
Februar 111,4 MWh 112,2 MWh
März 134,5 MWh 135,3 MWh
April 139 MWh 140,1 MWh
Mai 150,2 MWh 151,8 MWh
Juni 149 MWh 150,5 MWh
Juli 153,4 MWh 154,8 MWh
August 149,1 MWh 151,0 MWh
September 145,3 MWh 146,7 MWh
Oktober 117,3 MWh 118,2 MWh
November 101 MWh 101,7 MWh
Dezember 99,8 MWh 101,2 MWh

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