Das Wichtigste in Kürze
Hinterlüftung ist der Luftspalt zwischen Solarmodul und Dach, durch den Luft strömt und die Module kühlt. Sie ist wichtig, weil Solarmodule mit jedem Grad Erwärmung etwas Leistung verlieren. Auf dem normalen Schrägdach mit Aufdachmontage ist sie von selbst gegeben.
- Ohne Luftbewegung hinter den Modulen werden diese bei voller Sonne bis zu 15 Grad heißer (Forschungsstelle der EU-Kommission, PVGIS).
- Je Grad Erwärmung verliert ein Modul je nach Bauart 0,20 bis 0,47 Prozent seiner Leistung (US-Forschungslabor NREL).
- Als Bezugswert für Dachanlagen rechnet NREL mit rund 10 Zentimetern Abstand zwischen Modul und Dach.
- Bei voller Sonne und wenig Wind liegt ein frei umströmtes Modul rund 26 Grad über der Lufttemperatur, ein dachnah montiertes rund 49 Grad und eines mit gedämmter Rückseite rund 58 Grad (eigene Rechnung mit dem Temperaturmodell der Sandia National Laboratories).
- Anlagen auf der Freifläche erreichen wegen der besseren Kühlung üblicherweise etwas höhere Erträge als Anlagen auf Steildächern (Fraunhofer ISE).
Was ist Hinterlüftung bei Photovoltaik?
Hinterlüftung bei Photovoltaik ist der freie Raum zwischen der Rückseite der Solarmodule und dem Dach oder der Wand, durch den Luft strömen kann. Die Luft nimmt Wärme von der Modulrückseite auf und trägt sie fort. Das geschieht ohne Ventilator und ohne Strom.
Angetrieben wird der Luftstrom vom Wind und vom Kamineffekt. Die Luft im Spalt erwärmt sich am Modul, wird leichter und steigt nach oben. Am unteren Rand strömt kühlere Luft nach. Auf einem geneigten Dach entsteht so ein gleichmäßiger Zug von der Traufe zum First, ähnlich wie in einem Schornstein.
Von einer Aufdachanlage spricht man, wenn die Module auf Schienen über der Dachhaut sitzen. Dort ist der Spalt von selbst vorhanden. Anders ist es, wenn Module die Dachziegel ersetzen oder flach auf einer Fläche aufliegen. Dann fehlt die Luft dahinter ganz oder teilweise.
Müssen PV-Module hinterlüftet sein?
Solarmodule müssen nicht hinterlüftet sein, um zu funktionieren, aber sie liefern mit Hinterlüftung mehr Strom. Die Forschungsstelle der EU-Kommission hält in der Anleitung zu ihrem Ertragsrechner PVGIS fest: Die Art der Montage beeinflusst die Temperatur der Module und damit ihren Wirkungsgrad.
Der Zusammenhang dahinter ist einfach. Ein Solarmodul wandelt nur einen Teil des Sonnenlichts in Strom um, der Rest wird Wärme. Je wärmer die Zellen werden, desto weniger Strom liefern sie. Wie stark, verrät der Temperaturkoeffizient auf dem Datenblatt.
Es gibt auch Anlagen ganz ohne Hinterlüftung, etwa Solardachziegel oder Module, die in die Dachhaut eingelassen sind. Sie laufen sicher und dauerhaft, werden aber heißer und bringen bei gleicher Fläche weniger Ertrag. Bei der Planung wird das eingerechnet.
Wie heiß werden Solarmodule ohne Hinterlüftung?
Ohne Hinterlüftung werden Solarmodule bei voller Sonne bis zu 15 Grad heißer als frei umströmte Module. Diesen Wert nennt die Forschungsstelle der EU-Kommission auf der Grundlage von Versuchen, bezogen auf eine Einstrahlung von 1.000 Watt je Quadratmeter. Das entspricht einem klaren Sommertag um die Mittagszeit.
Genauer lässt sich das mit dem Temperaturmodell der Sandia National Laboratories rechnen, einer Forschungseinrichtung des US-Energieministeriums. Es berechnet die Modultemperatur aus Einstrahlung, Lufttemperatur und Wind für verschiedene Einbauarten. Bei 1.000 Watt je Quadratmeter und schwachem Wind von einem Meter je Sekunde ergeben sich diese Werte (eigene Rechnung):
An einem Tag mit 25 Grad Lufttemperatur käme ein frei stehendes Modul damit auf gut 50 Grad, ein eng am Dach montiertes auf über 70 Grad. Schon etwas Wind senkt diese Werte deutlich. Die Rechnung zeigt den ungünstigen Fall an einem heißen, windstillen Tag und nicht den Durchschnitt des Jahres.
Wie viel Leistung kostet die Hitze?
Die Hitze kostet ein Solarmodul je Grad Erwärmung zwischen 0,20 und 0,47 Prozent seiner Leistung. Das US-Forschungslabor für erneuerbare Energien NREL unterscheidet in seinem Ertragsmodell drei Klassen von Modulen mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten.
| Modulklasse nach NREL | Temperaturkoeffizient | Verlust bei 15 Grad mehr |
|---|---|---|
| Standardmodul, kristallin | -0,47 % je Grad | rund 7 % |
| Premiummodul, kristallin | -0,35 % je Grad | rund 5 % |
| Dünnschichtmodul | -0,20 % je Grad | rund 3 % |
Bezugspunkt für alle Angaben ist die Normtemperatur von 25 Grad. Bei ihr wird die Nennleistung eines Moduls gemessen, zusammen mit einer Einstrahlung von 1.000 Watt je Quadratmeter. Im Betrieb auf dem Dach ist das Modul fast immer wärmer, deshalb erreicht es seine Nennleistung selten.
Ein Rechenbeispiel: Ein Modul mit 400 Watt Nennleistung und einem Koeffizienten von -0,35 Prozent je Grad ist 65 Grad heiß. Das sind 40 Grad über der Normtemperatur. Die Leistung sinkt um 14 Prozent auf 344 Watt (eigene Rechnung: 40 × 0,35).
Die genannten Prozentwerte gelten für den heißen Moment. Über das Jahr ist der Unterschied zwischen guter und schlechter Hinterlüftung viel kleiner, weil die Module die meiste Zeit bei weniger Sonne und niedrigeren Temperaturen arbeiten. PVGIS setzt für gemäßigtes Klima pauschal rund 8 Prozent Verlust durch Temperatureffekte an, wenn die Modultechnik nicht bekannt ist.
Rechner: Leistung bei Hitze
Rechner: Was ein Modul bei Hitze noch leistet
Tragen Sie Nennleistung und Temperaturkoeffizient vom Datenblatt ein und wählen Sie eine Modultemperatur.
Vereinfachte Rechnung für 1.000 Watt Einstrahlung je Quadratmeter. Den Koeffizienten ohne Minuszeichen eintragen. Bei Temperaturen unter 25 Grad steigt die Leistung über die Nennleistung.
Wie viel Abstand brauchen Module zum Dach?
Als Bezugswert für den Abstand zwischen Modul und Dach gelten rund 10 Zentimeter. Mit diesem Wert rechnet das US-Forschungslabor NREL in seinem Ertragsmodell für Dachanlagen: Bei 4 Zoll Abstand, das sind gut 10 Zentimeter, setzt es die Betriebstemperatur der Zellen etwa 4 Grad höher an als bei frei aufgeständerten Modulen. Als Grund nennt NREL den eingeschränkten Luftstrom hinter den Modulen.
Eine gesetzliche Vorgabe für den Abstand gibt es nicht. Verbindlich ist die Montageanleitung des Herstellers von Modul und Montagesystem. Bei einer üblichen Aufdachmontage mit Dachhaken und Schienen ergibt sich der Spalt aus der Bauhöhe der Teile.
Wichtiger als der letzte Zentimeter ist, dass die Luft unten hinein und oben wieder hinaus kann. Ein breiter Spalt hilft wenig, wenn Bleche, Gitter oder Laub die Ränder verschließen. Auch der Abstand der Module untereinander richtet sich nach der Montageanleitung. Er entsteht durch die Klemmen und dient vor allem der Befestigung und der Ausdehnung bei Wärme.
Welche Montageart ist wie gut hinterlüftet?
Am besten hinterlüftet sind frei aufgeständerte Module, am schlechtesten solche, die ohne Luftspalt in Dach oder Wand eingebaut sind. PVGIS unterscheidet genau diese beiden Fälle: frei stehend mit ungehindertem Luftstrom und gebäudeintegriert ohne Luftbewegung. Die übliche Dachmontage mit Spalt liegt nach Angaben der EU-Forschungsstelle zwischen den beiden.
| Montageart | Luft hinter dem Modul | Hinterlüftung |
|---|---|---|
| Freifläche, aufgeständert | Frei von allen Seiten | Sehr gut |
| Flachdach, aufgeständert | Frei unter den schräg gestellten Modulen | Sehr gut bis gut |
| Schrägdach, Aufdachmontage | Spalt zwischen Modul und Ziegeln | Gut |
| Indach, mit Lüftungsebene | Schmaler Spalt unter den Modulen | Eingeschränkt |
| Solardachziegel, Fassade ohne Spalt | Keine oder kaum Luftbewegung | Gering |
Dass der Unterschied im Ertrag sichtbar wird, bestätigt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme. Anlagen auf der Freifläche erreichen danach üblicherweise etwas höhere Erträge je installierter Leistung als Anlagen auf Steildächern. Als ersten Grund nennt das Institut die bessere Kühlung durch den Luftstrom.
Wer sich für eine dachintegrierte Photovoltaik oder für Solardachziegel entscheidet, tut das meist wegen der Optik. Der etwas geringere Ertrag ist der Preis dafür. Bei Fassaden hilft eine vorgehängte Bauweise mit Luftschicht hinter den Modulen.
Worauf sollten Sie bei Planung und Betrieb achten?
Bei einer normalen Aufdachanlage müssen Sie für die Hinterlüftung wenig tun, Sie sollten sie aber nicht nachträglich verschlechtern. Die meisten Probleme entstehen nicht bei der Montage, sondern später: durch Verkleidungen, Vogelschutz oder Schmutz, die den Spalt verschließen.
- Unteren und oberen Rand des Modulfelds frei lassen, keine geschlossenen Blenden anbringen.
- Vogelschutz nur als offenes Gitter wählen, das Luft durchlässt.
- Kabel, Optimierer und Dosen so verlegen, dass sie den Spalt nicht versperren.
- Nach dem Herbst und nach Stürmen vom Boden aus prüfen, ob sich Laub oder Nester gesammelt haben.
- Bei Indach-Lösungen im Angebot nach der Lüftungsebene und dem erwarteten Ertrag fragen.
Wenn sich der Einbau ohne Luftspalt nicht vermeiden lässt, hilft die Wahl des Moduls. Ein Modul mit niedrigem Temperaturkoeffizienten verliert bei gleicher Hitze weniger Leistung. Der Wert steht auf jedem Datenblatt, meist unter der Bezeichnung Temperaturkoeffizient der Leistung oder Pmax.
Verzichten können Sie auf aktive Kühlung mit Ventilatoren oder Wasser. Sie braucht selbst Strom oder Wasser, hat bewegliche Teile und lohnt sich bei Dachanlagen in aller Regel nicht. Die passive Hinterlüftung arbeitet ohne Kosten und ohne Wartung. Was bei der regelmäßigen Kontrolle sonst noch ansteht, steht im Beitrag zur Wartung der Solaranlage.
Häufige Fragen zur Hinterlüftung
Müssen PV-Module hinterlüftet sein?
Nein, Solarmodule funktionieren auch ohne Hinterlüftung, sie liefern mit Hinterlüftung aber mehr Strom. Ohne Luftbewegung hinter den Modulen werden diese bei voller Sonne laut der Forschungsstelle der EU-Kommission bis zu 15 Grad heißer, und jedes Grad kostet Leistung.
Wie viel Abstand brauchen PV-Module zum Dach?
Als Bezugswert gelten rund 10 Zentimeter zwischen Modul und Dach. Mit diesem Abstand rechnet das US-Forschungslabor NREL in seinem Ertragsmodell für Dachanlagen. Eine gesetzliche Vorgabe gibt es nicht, verbindlich ist die Montageanleitung des Herstellers.
Wie viel Luft muss zwischen den PV-Modulen sein?
Der Abstand der Module untereinander richtet sich nach der Montageanleitung und ergibt sich aus den Klemmen. Er dient vor allem der Befestigung und der Ausdehnung bei Wärme. Für die Kühlung zählt der Spalt hinter den Modulen, nicht die Fuge dazwischen.
Wie wird eine Solaranlage entlüftet?
Entlüftet werden muss nur eine Solarthermieanlage, in deren Leitungen Flüssigkeit zirkuliert und sich Luft sammeln kann. Eine Photovoltaikanlage hat keinen Flüssigkeitskreislauf und wird nicht entlüftet. Sie braucht lediglich einen offenen Luftspalt hinter den Modulen.
Wie viel Leistung verlieren Solarmodule durch Hitze?
Je Grad Erwärmung verliert ein Modul je nach Bauart 0,20 bis 0,47 Prozent seiner Leistung. Ein Modul mit 400 Watt und einem Koeffizienten von 0,35 Prozent je Grad leistet bei 65 Grad Modultemperatur noch 344 Watt. Über das Jahr ist der Verlust deutlich kleiner als an einem heißen Tag.
Ist eine Hinterlüftung bei Indach-Anlagen und Solardachziegeln möglich?
Nur eingeschränkt. Indach-Systeme haben höchstens eine schmale Lüftungsebene, Solardachziegel meist kaum Luftbewegung auf der Rückseite. Die Module werden heißer und bringen bei gleicher Fläche etwas weniger Ertrag als eine Aufdachanlage.
Welche Solarmodule vertragen Hitze am besten?
Module mit niedrigem Temperaturkoeffizienten verlieren bei Hitze am wenigsten Leistung. Das US-Forschungslabor NREL setzt für Dünnschichtmodule 0,20 Prozent je Grad an, für hochwertige kristalline Module 0,35 Prozent und für Standardmodule 0,47 Prozent. Maßgeblich ist der Wert auf dem Datenblatt.
Muss die Hinterlüftung gewartet werden?
Die Hinterlüftung selbst hat keine beweglichen Teile und braucht keine Wartung. Prüfen Sie aber nach dem Herbst und nach Stürmen vom Boden aus, ob Laub, Nester oder Verkleidungen den Spalt am unteren und oberen Rand verschließen.
Lohnt sich eine aktive Kühlung von Solarmodulen?
Bei Dachanlagen in aller Regel nicht. Ventilatoren oder Wasserkühlung brauchen selbst Strom oder Wasser und haben bewegliche Teile. Eine offene, passive Hinterlüftung arbeitet ohne Kosten und ohne Wartung.
Fazit
Hinterlüftung kühlt Solarmodule kostenlos und bringt mehr Ertrag. Auf dem Schrägdach mit Aufdachmontage ist sie von selbst vorhanden, Sie müssen nur darauf achten, dass der Spalt offen bleibt. Die oft genannten 10 Zentimeter sind ein guter Bezugswert, verbindlich ist die Montageanleitung.
Eine Rolle bei der Entscheidung spielt das Thema nur, wenn Module in das Dach oder die Fassade eingebaut werden sollen. Dann lohnt der Blick auf den Temperaturkoeffizienten und auf den Ertrag, den der Anbieter für diese Bauart zusagt. Welche Anlage auf Ihr Dach passt, zeigt der Photovoltaik-Konfigurator.
Quellen und Methodik
Die Aussagen zur Wirkung der Montage und der Wert von 15 Grad stammen aus der Anleitung zum Ertragsrechner PVGIS der EU-Kommission, Temperaturkoeffizienten und Bezugsabstand aus dem PVWatts-Handbuch des US-Forschungslabors NREL. Die Modultemperaturen sind eigene Rechnungen mit den veröffentlichten Kennwerten des Sandia-Modells. Solar.red hat keine Module gemessen.
- Europäische Kommission, Joint Research Centre: PVGIS User Manual - Einfluss der Montage auf die Modultemperatur, bis zu 15 Grad, pauschaler Temperaturverlust
- NREL National Renewable Energy Laboratory: PVWatts Version 5 Manual - Temperaturkoeffizienten nach Modulklasse, Dachmontage mit 4 Zoll Abstand
- Sandia National Laboratories: Sandia Module Temperature Model - Formel und Kennwerte für die Modultemperatur nach Einbauart
- Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland - Normbedingungen, bessere Kühlung auf der Freifläche
Hinweis: Dieser Beitrag dient der unabhängigen Information und ersetzt keine Planung durch einen Fachbetrieb. Solar.red steht in keiner Verbindung zu den genannten Einrichtungen. Verbindlich für Abstände und Montage ist die Anleitung des jeweiligen Herstellers. Über die Anzeigen auf dieser Seite werden Anfragen an Fachbetriebe vermittelt, dafür erhält Solar.red eine Vergütung.
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