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Solar Project

Thomas Frey

Titel

Solar Project

Autor/in

Datierung

04.01.2026

Beschreibung

Der Energieertrag von Photovoltaikanlagen hängt stark von geometrischen Einflussgrößen wie
geografischer Breite, jahreszeitlicher Sonnenbewegung, Modulneigung und lokalen Verschattungen ab.
Diese Bachelorarbeit untersucht die mathematische Modellierung und Optimierung des photovoltaischen
Energieertrags auf Basis der Sonnengeometrie unter klaren Himmelsbedingungen.
Es wird ein deterministisches Modell zur Berechnung von Sonnenhöhe und Azimut als Funktionen von
geografischer Breite, Tageszeit und Jahreszeit entwickelt. Daraus werden analytische Ausdrücke für die
Einstrahlung auf geneigte Flächen hergeleitet und numerisch über Tages- und Jahreszeiträume integriert.
Ein Python-basiertes Simulationsmodell dient zur Sensitivitätsanalyse und zur Bestimmung des optimalen
festen Neigungswinkels.
Die Ergebnisse zeigen ein eindeutiges Maximum des Jahresenergieertrags in Abhängigkeit vom
Neigungswinkel, welches stark von der geografischen Breite und von lokalen Horizontabschattungen
beeinflusst wird. Für mittlere Breiten wie die Schweiz liegt der optimale Neigungswinkel nahe der
geografischen Breite. Die Arbeit bestätigt, dass geometriebasierte Modelle die dominierenden
deterministischen Einflussfaktoren der photovoltaischen Energieerzeugung zuverlässig erfassen.

The energy yield of photovoltaic (PV) systems depends strongly on geometric factors such as geographic
latitude, seasonal solar motion, panel tilt angle, and local shading conditions. This bachelor thesis
investigates the mathematical modelling and optimization of photovoltaic energy production based on
solar geometry under clear-sky conditions.
A deterministic solar position model is developed to calculate solar elevation and azimuth as functions of
latitude, time of day, and season. Using these parameters, analytical expressions for irradiance on tilted
surfaces are derived and numerically integrated over daily and annual periods to estimate available solar
energy. A Python-based simulation framework is implemented to perform sensitivity analyses and
determine the optimal fixed tilt angle.
The results show that annual energy yield exhibits a clear maximum as a function of panel tilt angle,
strongly dependent on latitude and influenced by horizon obstructions. For mid-latitude locations such as
Switzerland, optimal tilt angles are close to the local latitude. The study confirms that geometry-based
models capture the dominant deterministic drivers of photovoltaic energy yield.

Urheberrechtshinweis