Was ein Schattenhorizont ist und warum er deinen Solarertrag entscheidet

Der Himmel ist eine Kuppel, und deine Hindernisse fressen sich hinein

Stell dich auf den Standort, an dem du Solarmodule setzen willst, und schau nach oben. Der Himmel ist eine Kuppel. Die Sonne wandert auf einer gekrümmten Bahn über diese Kuppel, die sich mit den Jahreszeiten verschiebt. Jeder Baum, jeder Dachfirst, jeder Schornstein und jedes Nachbargebäude ragt vom Boden auf und bedeckt einen Teil der unteren Kuppel. Diese Kontur, die Höhe von allem, das deinen Blick auf den Himmel blockiert, rundum gemessen, ist der Schattenhorizont. Ingenieure nennen ihn auch Horizontprofil.

Um ihn genau zu beschreiben, brauchst du zwei Winkel. Der erste ist die Himmelsrichtung, Azimut genannt. Per Konvention sind 0 Grad Norden, 90 Grad Osten, 180 Grad Süden und 270 Grad Westen. Der zweite ist, wie hoch ein Objekt über den flachen Horizont ragt, Elevation oder Höhenwinkel genannt, von 0 Grad (flach, auf Augenhöhe) bis 90 Grad (direkt über dir).

Ein Schattenhorizont ist einfach eine Tabelle dieser beiden Zahlen zusammen. Für jede Himmelsrichtung: Wie hoch ist der Höhenwinkel des höchsten Dings, das den Himmel blockiert? Eine Reihe Pappeln direkt im Süden könnte 25 Grad erreichen. Das offene Feld im Westen vielleicht 2 Grad. Ein Nachbarhaus im Südosten vielleicht 18 Grad. Trage diese Punkte ein und verbinde sie, und du erhältst eine zackige Linie, die offenen Himmel oben von blockiertem Himmel unten trennt. Alles unter der Linie ist Schatten. Alles darüber ist potenzielles Sonnenlicht.

Warum die Linie im Winter am meisten zählt

Ein Schattenhorizont wäre egal, wenn die Sonne immer hoch über dir stünde. Tut sie nicht. Die Höhe der Sonne ändert sich enorm über das Jahr, und genau deshalb entscheidet diese Messung deinen Ertrag.

Zum Sonnenhöchststand entspricht die Sonnenhöhe 90 Grad minus der Differenz zwischen deinem Breitengrad und der Sonnendeklination. Die Deklination schwankt zwischen plus 23,45 Grad zur Sommersonnenwende und minus 23,45 Grad zur Wintersonnenwende. Für einen Standort bei 50 Grad Nord, etwa Frankfurt oder Prag, ergibt das eine Mittagssonne von etwa 63 Grad hoch im Juni und nur etwa 16 Grad hoch im Dezember. Das ist eine Schwankung von fast 47 Grad zwischen den Jahreszeiten.

Jetzt ist die Gefahr offensichtlich. Im Juni reitet die Sonne hoch über den Himmel und überspringt die meisten Hindernisse mühelos. Im Dezember hebt sie sich kaum vom Horizont, streift für wenige Stunden niedrig über den Süden, bevor sie wieder untergeht. Genau das Himmelsband, in dem die Wintersonne lebt, niedrig und nach Süden, ist genau das Band, das Bäume und Gebäude am ehesten blockieren. Eine Reihe Nadelbäume, die im Sommer keinen Schatten auf deine Module wirft, kann genau vor der Dezembersonne stehen.

Deshalb kann ein Dach an einem sonnigen Julinachmittag perfekt aussehen und trotzdem unterdurchschnittlich abschneiden. Der Sommertest besteht. Der Wintertest, der für eine ganzjährige Anlage zählt, fällt still und leise durch. Nur ein gemessener Schattenhorizont zeigt dir beide auf einmal.

Wo am Horizont der Schaden am größten ist

Nicht alle Hindernisse sind gleich. Ein Hindernis direkt nördlich eines Standorts auf der Nordhalbkugel blockiert fast nichts, weil die Sonne während der produktiven Stunden nie am Nordhimmel steht. Die Sonne geht im Südosten auf, klettert durch den Süden und geht im Südwesten unter. Die Richtungen, die zählen, sind also etwa Südost (rund 135 Grad) über Süd (180 Grad) bis Südwest (rund 225 Grad).

Ein Baum oder Gebäude in diesem südlichen Bogen entfernt die Sonne in der Tagesmitte, wenn sie am höchsten und stärksten ist und die meiste Energie pro Minute liefert. Dasselbe Objekt direkt im Osten kostet dich nur etwas frühes Morgenlicht, das schwächer und kürzer ist. Deshalb können zwei Dächer mit derselben Gesamtmenge an Grün rundum sehr unterschiedliche Erträge haben. Die Position am Horizont ist alles.

Es gibt eine einfache Faustregel. Geh zuerst die Südseite des Standorts ab. Wenn dort etwas mehr als etwa 20 Grad Höhe erreicht, erwarte einen echten Winterverlust. Wenn der südliche Horizont unter 10 Grad sauber ist, ist der Standort wahrscheinlich gut, und du kannst dir um Krempel im Norden und im fernen Osten oder Westen weniger Sorgen machen.

• Südbogen (135 bis 225 Grad): jeder Grad Hindernis hier kostet am meisten, besonders im Winter.
• Ost und West (90 und 270 Grad): Hindernisse kosten Morgen- oder Abendlicht, ein kleinerer und saisonalerer Verlust.
• Norden (0 Grad): für Module in der EU fast irrelevant, da die Sonne dort während der nutzbaren Stunden nie scheint.

Wie Profis ihn gemessen haben

Solarinstallateure messen den Schattenhorizont seit Jahren, weil sie wissen, dass er den Ertrag treibt. Zwei Werkzeuge dominieren das Gewerbe.

Der Solar Pathfinder ist der einfache Klassiker. Es ist eine polierte, transparente Kuppel, die über ein gedrucktes Sonnenstandsdiagramm für deinen Breitengrad gesetzt wird. Bäume und Gebäude rund um dich erscheinen als Spiegelungen auf der Kuppel, und wo immer eine Spiegelung einen Sonnenstandsbogen kreuzt, ist diese Stunde verschattet. Weil er durch Spiegelung arbeitet, statt auf echte Schatten zu warten, kann er zu jeder Tageszeit bei jedem Wetter genutzt werden. Er kostet rund 300 bis 350 USD, aber ihn genau zu lesen erfordert Übung, und das Ergebnis ist nur so gut wie der Anwender.

Der Solmetric SunEye ist die digitale Version. Er nutzt eine Fischaugenkamera plus einen elektronischen Kompass und Neigungsmesser, um ein 360-Grad-Panorama aufzunehmen, zeichnet dann automatisch die Skyline nach und legt die Sonnenbahnen darüber, um einen Solar-Access-Prozentsatz zu berechnen. Er ist schnell und präzise und exportiert ein Horizontprofil und einen PDF-Bericht. Er ist auch ein Profi-Instrument: Der SunEye 210 liegt bei rund 2.195 USD. Dieser Preis ergibt für einen vielbeschäftigten Installateur Sinn und überhaupt keinen für einen Hausbesitzer, der einen Balkon prüft.

Beide Werkzeuge beweisen den Punkt: Der Schattenhorizont ist es wert, ordentlich gemessen zu werden. Die Hürde waren stets Kosten und Können, nicht der Nutzen.

Den Horizont in eine Ertragsberechnung einspeisen

Die Skyline zu messen ist nur die halbe Arbeit. Die andere Hälfte ist, sie in eine Kilowattstundenzahl zu verwandeln, und das kostenlose Standardwerkzeug dafür in Europa ist PVGIS, betrieben vom Joint Research Centre der Europäischen Kommission.

PVGIS enthält standardmäßig bereits einen Horizont. Es liest das Gelände aus einem digitalen Höhenmodell mit etwa 90 Meter Auflösung (3-Bogensekunden-Daten) und ermittelt, wie ferne Hügel und Berge jeden Standort verschatten. Das erfasst die Geländeform. Was es nicht sehen kann, ist der Baum in deinem Garten oder das Haus nebenan, weil die für ein 90-Meter-Raster zu klein und zu lokal sind.

Hier kommt deine eigene Messung ins Spiel. PVGIS lässt dich eine eigene Horizontdatei hochladen. Das Format ist schlicht und strikt: eine einfache Text- oder CSV-Datei mit einem Höhenwert pro Zeile, angegeben in Grad, im Uhrzeigersinn beginnend bei Norden. Die Werte werden als gleichmäßig um den vollen Kreis verteilt angenommen, sodass 48 Zahlen eine Messung alle 7,5 Grad Richtung bedeuten. Lade deinen gemessenen Schattenhorizont hoch, und PVGIS berechnet den Ertrag mit deinen tatsächlichen Hindernissen neu, Monat für Monat, und zeigt die Sonnenhöhe zur Sommer- und Wintersonnenwende, sodass du das Winterproblem direkt sehen kannst. Plötzlich spiegelt die Schätzung deinen Standort wider, nicht ein idealisiertes offenes Feld.

Solargis, PVsyst und andere Profi-Pakete akzeptieren Horizontprofile auf dieselbe Weise. Die Messung ist übertragbar. Erfasse sie einmal, und du kannst sie in jeden Rechner einspeisen, dem du vertraust.

Ihn mit einem Handy erfassen, kostenlos

Die Mathematik und die Rechner sind seit Jahren kostenlos und öffentlich. Das fehlende Stück war ein erschwinglicher Weg, die Skyline vor Ort zu messen, ohne ein 2.000-USD-Instrument oder eine Kuppel, deren Ablesen Übung erfordert.

Ein modernes Handy trägt bereits die richtigen Sensoren: eine Kamera, einen Kompass und Bewegungssensoren, die genau verfolgen, wohin das Handy zeigt. Augmented Reality kombiniert sie. Du stellst dich auf den genauen Standort, den Dachziegel, das Balkongeländer, das Stück Garten, und schwenkst das Handy über den Himmel. Die App erfasst dabei den Höhenwinkel der Skyline für jede Richtung und baut dasselbe Horizontprofil auf, das ein SunEye liefern würde, aus Hardware, die du bereits besitzt.

Genau das tut SunMeasure. Es erfasst den Schattenhorizont am genauen Standort und kombiniert ihn dann mit standortbezogenen Einstrahlungsdaten aus offiziellen Quellen wie PVGIS, dem Global Solar Atlas, Copernicus CAMS, DWD und NASA POWER, um den realistischen Ertrag abzuschätzen und die beste Neigung und Ausrichtung vorzuschlagen. Der Punkt ist aber nicht die App. Der Punkt ist das Konzept. Karten- und Satellitentools wie Project Sunroof oder ein Solarkataster modellieren das Dach, können aber die Fichte des Nachbarn oder den Schornstein drei Meter entfernt nicht sehen. Der Schattenhorizont ist die eine Eingabe, die nur eine Messung vor Ort erfasst, und sie ist oft der Unterschied zwischen einer guten Schätzung und einer falschen.

Lerne, die Linie zwischen offenem Himmel und blockiertem Himmel zu lesen, achte am genauesten auf den Süden und denke daran, dass die Wintersonne niedrig steht. Tu das, und du verstehst die eine geometrische Tatsache, die entscheidet, ob ein Standort es wert ist, verkabelt zu werden.