Solar auf Yachten: So wird der Ertrag gesteigert

Solarenergie an Bord ist effektiv, hat aber auch Grenzen

Solaranlagen gehören heute zur Standardausrüstung vieler Yachten. Sie versorgen besonders Fahrtenyachten, deren Crews Autarkie schätzen, zuverlässig mit Energie. An Bord installierte Solarmodule reduzieren oder verhindern lästige Motor- oder Generatorlaufzeiten und machen unabhängiger von Landstromanschlüssen. Leider sind jedoch die Erwartungen oft höher als das, was unter realen Bedingungen tatsächlich mit Solarstrom an Bord erreichbar ist. Ursache dafür ist weniger die mittlerweile sehr weit entwickelte Solartechnik, sondern vielmehr eine unrealistische Einschätzung des eigenen Energiebedarfs und die fehlende Berücksichtigung der Rahmenbedingungen an Bord. Letztere beeinflussen maßgeblich den möglichen Ertrag einer Solaranlage auf einer Yacht.

Am Anfang jeder Planung sollte daher eine realistische Energiebilanz stehen. Erst wenn klar ist, welche Verbraucher regelmäßig genutzt werden und wie hoch der tägliche Energiebedarf ausfällt, lässt sich beurteilen, welche Solarleistung wirklich gebraucht wird. Dieser Schritt ist vergleichsweise einfach: Eine Mustertabelle zur Erstellung der eigenen Energiebilanz kann hier heruntergeladen und ausgefüllt werden.

Die eigentliche Herausforderung beginnt am anderen Ende, also bei der Energieversorgung. Anders als an Land ist die Fläche für Solarmodule auf vielen Yachten nicht besonders groß. Hinzu kommen Einschränkungen durch Aufbauten, Laufwege, Riggschatten oder ästhetische Vorgaben. Damit ist der mögliche Ertrag einer Solaranlage je nach Yachttyp von Anfang an schon mehr oder weniger begrenzt.

Ein weiterer kritischer Punkt: Der maximale, in den Herstellerangaben versprochene Ertrag eines Solarmoduls lässt sich nur dann annähernd erreichen, wenn auch die Montageart und das Einsatzgebiet zur Solaranlage passen. Dieser Beitrag beleuchtet, welche Faktoren den Ertrag eines Solarmoduls in der Realität beeinflussen und mit welchen technischen und konstruktiven Maßnahmen sich die Stromausbeute an Bord steigern lässt.

Der Zusammenhang zwischen Fläche und Ertrag bei Solaranlagen

Am Anfang steht die Frage: Wie viel Energie lässt sich grundsätzlich aus der verfügbaren Fläche für Solarmodule an Bord gewinnen? Moderne Solarmodule können theoretisch eine Leistung von etwa 180 bis 220 Watt pro Quadratmeter liefern. Diese Nennleistung, in den Angaben auch Peakleistung (Wp) oder Rated Maximum Power (PM) genannt, wird jedoch im Labor unter idealen Testbedingungen gemessen. Diese umfassen eine Sonneneinstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter, eine Modultemperatur von 20 Grad Celsius und definierte atmosphärischen Bedingungen. Solche Werte sind in der Realität an Bord eher unrealistisch. Sie dienen eher der Vergleichbarkeit verschiedener Module als einer klaren Ertragsprognose.

In den technischen Beschreibungen von Solarpanelen sind in der Regel noch weitere Werte wie die Leerlaufspannung, die MPP-Spannung, der Kurzschlussstrom und manchmal auch die Temperaturkoeffizienten zu finden. Für den praktischen Ertrag ist beispielsweise die Spannung im Maximum-Power-Point (MPP) ein relevanter Wert. Solarpanele mit einer sehr niedrigen MPP-Spannung bieten weniger Spielraum, insbesondere bei hohen Temperaturen oder Teilverschattung.

Damit sind wir auch schon beim Punkt. Rein rechnerisch ließe sich aus der verfügbaren Fläche und den angegebenen Werten zwar ein möglicher Tagesertrag der Solarpanele ableiten. In der Praxis wird der reale Ertrag jedoch von einer Vielzahl externer Faktoren beeinflusst, die in den Datenblättern nicht abgebildet sind. Diese Diskrepanz zwischen Theorie und Realität führt bei Yachtbesitzern immer wieder zu Enttäuschungen, in deren Folge die Solaranlage angepasst werden muss.

Einflussfaktoren auf den realen Ertrag von Solarmodulen auf Yachten

Solarmodulqualität und Haltbarkeit: Grundlage für konstanten Solarmodulertrag

Die Qualität der Solarmodule ist ein entscheidender Faktor für einen langfristig stabilen Ertrag. Insbesondere bei flexiblen Solarmodulen gibt es große Unterschiede in der Konstruktion und Haltbarkeit. Die Ursachen dafür sind die häufigeren mechanischen Belastungen flexibler Module bei unzureichender Stabilisierung der Solarzellen innerhalb des Solarmoduls. Dadurch können Produkte von minderer Qualität bereits nach kurzer Zeit interne Zellschäden aufweisen. Diese sind von außen zwar meist nicht sichtbar, reduzieren den Ertrag jedoch deutlich.

Verschattung: Ungünstig für den Solarmodulertrag

Ein weiterer zentraler Einflussfaktor auf den Ertrag von Solarmodulen ist die Verschattung. Bereits kleine Schattenflächen, beispielsweise durch Wanten, Großbaum, Radar oder Segel, können den Ertrag spürbar verringern. Da die Solarzellen innerhalb eines Moduls in Reihe geschaltet sind, wird der Stromfluss stets von der schwächsten Zelle begrenzt. Liegt eine Zelle im Schatten, hat das folglich Auswirkungen auf die Leistung des gesamten Solarmoduls. Mehr noch, bei starker Teilverschattung kann es zu sogenannten Hotspots kommen. In diesem Fall wird eine verschattete Zelle vom Strom der übrigen Zellen durchflossen, erwärmt sich stark und wird selbst zum Verbraucher. Solche Hotspots reduzieren nicht nur erheblich den Ertrag, sondern können auch zu dauerhaften Schäden am Modul oder, bei auf dem Deck montierten Solarmodulen, sogar am Untergrund führen.

Fahrtgebiet: Regionale Unterschiede bei der Sonneneinstrahlung

Das Fahrtgebiet hat einen maßgeblichen Einfluss auf den Solarertrag. In nördlichen Regionen scheint die Sonne im Sommer zwar länger, steht aber vergleichsweise tief. Daher liefern flach montierte Module dort oft nur geringe Leistungen, insbesondere in den Morgen- und Abendstunden. In südlichen Revieren ist die Einstrahlung zwar kürzer, dafür aber umso intensiver, weil der Winkel besser ist.

Temperatur: Hitze verringert den Solarmodulertrag

Wie zuvor beschrieben, ist die Kraft der Sonne in südlichen Revieren zwar stärker, allerdings haben die damit zusammenhängenden hohen Temperaturen einen negativen Einfluss auf den Ertrag eines Solarmoduls. Der Einfluss der Temperatur auf Solaranlagen wird in der Praxis häufig unterschätzt. Tatsächlich verlieren Solarzellen mit steigender Modultemperatur mitunter erheblich an Spannung. Typische Werte liegen bei einem Spannungsverlust von etwa 0,25 Prozent pro Grad Celsius.

Zur Erinnerung: Die für das Modul angegebene Nennleistung bezieht sich auf eine Temperatur des Moduls von 20 Grad Celsius. Bei direkter Sonneneinstrahlung im Sommer ist die Temperatur des Moduls schnell 40 oder mehr Grad Celsius höher. Rechnerisch büßt das Solarmodul damit also schon zehn Prozent der Spannung ein. Flach montierte, schlecht belüftete Module werden sogar noch heißer, besonders im Hochsommer am Mittelmeer. Hitze kann den realen Ertrag eine Solarmoduls erheblich reduzieren.

Wie kann der Ertrag von Solarmodulen auf Yachten gesteigert werden?

Bifaziale Module: Mehrertrag durch beidseitige Nutzung

Die Bauweise von Solarmodulen bietet verschiedene Ansatzpunkte zur Erhöhung des Ertrags. Ein Ansatz sind bifaziale Solarmodule. Diese können zusätzlich das Licht von der Rückseite des Moduls nutzen, beispielsweise durch Reflexionen vom Wasser oder von hellen Oberflächen. Bei flacher Sonneneinstrahlung kann damit sogar auf der Rückseite eines eingeklappten Relingsmoduls Solarenergie gewonnen werden. Der Zugewinn ist mit acht bis zehn Prozent zwar überschaubar, kann bei ansonsten begrenzter Fläche aber durchaus relevant sein.

Elektrische Auslegung: Spannung als Ertragsfaktor

Die elektrische Auslegung der Solaranlage spielt eine wichtige Rolle. Solarmodule mit einer höheren maximal nutzbaren Spannung ermöglichen es MPPT-Reglern, auch bei höheren Temperaturen oder Teilverschattungen noch effizient zu arbeiten.

Bypassdioden: Hilfe bei Ertragsverlusten durch Teilverschattung

Wie zuvor beschrieben, sind die Solarzellen innerhalb eines Solarmoduls in Reihe geschaltet. Der mögliche Ertrag eines Solarmoduls wird dadurch von der schwächsten Zelle im Panel begrenzt. Bypassdioden ermöglichen es, verschattete Zellbereiche elektrisch zu überbrücken. Solarmodule, besonders mit einer hohen Anzahl von Bypassdioden, sind daher deutlich verschattungstoleranter als einfacher aufgebaute Systeme.

Mehr Fläche schaffen: Zusätzliche Montageorte für höheren Ertrag

Ein wesentlicher Faktor zur Steigerung des Ertrags einer Solaranlage ist die Vergrößerung der verfügbaren Solarfläche. Neben den klassischen Lösungen auf Geräteträgern, auf Deck oder im Bimini können Solarmodule auch an der Reling oder vor Anker am Mast installiert werden. Diese Flächen profitieren zudem meist von einer besseren Hinterlüftung und sind weniger verschattungsanfällig.

Vor Anker können auch schwimmende Solarflöße die Solarfläche erheblich erweitern. Sie bieten große, verschattungsfreie Modulflächen und werden durch das Wasser effektiv gekühlt. Das macht sie zu einer guten Lösung, um bei hohem Energiebedarf, beispielsweise durch Elektromotoren oder elektrische Herde, die Batteriebank vor Anker schneller wieder aufzuladen.

Kühlung und Hinterlüftung: Kühlere Module bieten höheren Ertrag

Vor allem in warmen Revieren ist eine gute Kühlung der Solarmodule entscheidend. Module, die so installiert sind, dass sie gut belüftet werden können, profitieren von natürlicher Windkühlung. Bereits ein geringer Luftstrom kann die Modultemperatur deutlich senken und so den Ertrag steigern. Relingsmodule und freistehende Installationen, beispielsweise am Mast oder Geräteträger, schneiden in diesem Punkt deutlich besser ab als aufgeklebte Deckspanele.

Ausrichtbarkeit der Solarmodule: Mehr Ertrag bei flachem Sonnenstand

Nicht zuletzt spielt die Ausrichtbarkeit der Solarmodule eine wichtige Rolle. Durch die aktive Ausrichtung der Module kann der Tagesertrag deutlich erhöht werden. Schwenk- oder kippbare Systeme ermöglichen eine optimale Ausrichtung der Solarmodule in Richtung Sonne. Dieser Effekt ist besonders in Regionen relevant, in denen die Sonne flach steht, beispielsweise in Skandinavien. Aber auch in anderen Regionen können bewegliche Module in den Randstunden des Tages hilfreich sein, um den Solarertrag zu steigern.

Fazit

Der reale Ertrag von Solarmodulen an Bord liegt mitunter deutlich unter den Herstellerangaben. Maßgeblich für die letztlich verfügbare Energie sind die Qualität und Installation der Solarmodule, Verschattung, Fahrtgebiet und Temperatur. Gleichzeitig bietet die moderne Solartechnik zahlreiche Möglichkeiten, um den Ertrag zu optimieren. Durch durchdachte Modulbauweisen, Bypassdioden, eine gute Hinterlüftung, bewegliche Montagesysteme und die Nutzung zusätzlicher Flächen lässt sich die Stromausbeute signifikant steigern. Entscheidend ist dabei nicht der Preis pro Watt, sondern der tatsächlich nutzbare Ertrag pro verfügbarer Fläche. Eine leistungsfähige Solaranlage ist folglich das Ergebnis einer ganzheitlichen Planung. Denn nur, wer den Energiebedarf, die Platzverhältnisse und das Einsatzgebiet realistisch einschätzt und die technischen Zusammenhänge versteht und berücksichtigt, kann Solarenergie an Bord effizient und zuverlässig nutzen.

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