Solar-Wasserpumpen-Rechner

So nutzen Sie diesen Rechner

Geben Sie sechs Werte ein, und der Rechner liefert die benötigte hydraulische Energie pro Tag, die elektrische Pumpenenergie, die PV-Generatorgröße in Wp, die Anzahl der Module bei gewählter Modulleistung, die Betriebsleistung der Pumpe während der Sonnenstunden und die mittlere Förderleistung.

1. Tagesbedarf (Liter/Tag) — Gesamtmenge pro Tag. Typische deutsche Werte: 60–90 L/Tag pro Milchkuh, 8–12 L/Tag pro Schaf, 4–6 L/m²/Woche für bewässerte Gartenkultur im Sommer, 120–150 L/Tag pro Person im autarken Haushalt.
2. Gesamtförderhöhe (m) — dynamischer Wasserspiegel im Brunnen in Metern plus etwaiger Höhenunterschied zum Tank.
3. Sonnenstunden pro Tag — jahresmittlere tägliche Einstrahlung. Typische deutsche Werte: Freiburg 3.3, München 3.3, Stuttgart 3.1, Frankfurt 3.0, Köln 2.9, Berlin 2.9, Hamburg 2.7, Hannover 2.8. Das PVGIS-Portal der Europäischen Kommission liefert exakte Werte für jede deutsche PLZ.
4. Pumpen-Gesamtwirkungsgrad (%) — Wire-to-Water-Wirkungsgrad. 45% ist eine solide Voreinstellung für eine Tauchpumpe.
5. System-Derating (%) — kombinierte Verluste durch Regler (3–5%), Verkabelung (2–4%) und Modulverschmutzung/Temperatur (5–10%). 85% ist eine angemessene Voreinstellung.
6. Modulleistung (W) — Ihr gewähltes Modul. Der Standardstand 2026 ist 400–435 W; 540-W-Bifazialmodule dominieren bei Freiflächenanlagen.

Wie eine Solar-Wasserpumpe funktioniert

Eine Solar-Wasserpumpenanlage hat drei Komponenten: den PV-Generator, den Pumpenregler und die Pumpe. Anders als bei netzgekoppelter Solar-Elektrik gibt es üblicherweise weder Batterie noch Wechselrichter — der Regler nimmt den DC-Strom direkt von den Modulen und versorgt die Pumpe mit der aktuellen Sonnenleistung.

Der Regler erfüllt zwei wichtige Aufgaben. Erstens implementiert er Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT), sodass die Module auch bei wechselnder Strahlung im Bestpunkt arbeiten. Zweitens variiert er die Pumpendrehzahl über den Tag — schneller mittags, langsamer bei Sonnenaufgang und -untergang, sauberes Abschalten bei zu geringer Leistung. Diese drehzahlvariable Betriebsweise erlaubt das Durchlaufen bei wechselhaftem Wetter, während eine netzgespeiste Pumpe Kurzzyklen fahren würde.

Die Pumpe selbst ist meist eine bürstenlose DC-Tauchpumpe (für Brunnen) oder eine oberirdische DC-Kreisel- oder Verdrängerpumpe (für Bachläufe, Teiche, flache Brunnen). Lorentz PS2, Grundfos SQFlex und Shurflo sind die dominanten Marken im deutschen Markt für autarke Wasserversorgung. Helical-Rotor-Pumpen von Lorentz sind für Hochdruck-Niedrigfluss-Anwendungen bevorzugt — 500–3.000 L/Tag aus 60–150 m Brunnen.

Die Physik aus ersten Prinzipien

Die hydraulische Energie zum Anheben eines Volumens V von Wasser um eine vertikale Höhe H ist durch die Physik festgelegt: Dichte (ca. 1.000 kg/m³), Erdbeschleunigung (9,81 m/s²), Volumen und Höhe.

E_hydraulisch_Wh = ρ × g × V_m3 × H_m / 3600
                = 1000 × 9,81 × V_m3 × H_m / 3600
                ≈ V_m3 × H_m × 2,725

Die elektrische Energie ist hydraulisch geteilt durch Wirkungsgrade:

E_elektrisch_Wh = E_hydraulisch_Wh / (η_pumpe × η_system)

Die PV-Größe in Wp:

PV_Wp = E_elektrisch_Wh / Sonnenstunden

Rechenbeispiel

Eine 4.000-L/Tag-Tränkeanlage bei 25 m Förderhöhe in Bayern (PSH 3,3), mit Grundfos-SQFlex-Pumpe (45% Wire-to-Water), 85% Systemwirkungsgrad, 400-W-Modulen:

• V_m3 = 4 m³
• H_m = 25 m
• E_hyd = 4 × 25 × 2,725 = 273 Wh
• E_elec = 273 / (0,45 × 0,85) = 713 Wh
• PV erforderlich = 713 / 3,3 = 216 Wp
• Module = ceil(216 / 400) = 1 Modul im Jahresmittel

Der deutsche Dezember-PSH liegt bei etwa 0,8, sodass die Worst-Month-Auslegung 713 / 0,8 = 891 Wp ergibt — drei 400-W-Module. Die meisten Installationen verwenden zwei bis drei Module plus einen 3.000–5.000-L-Tank, um winterliche Schwachlichtphasen zu überbrücken.

Deutsche Dimensionierungsregeln

Für solardirekte Pumpen ohne Batterie mit Vorratstank unter deutschen Bedingungen:

• Tankgröße 4–7 Tagesbedarf, weil deutsche Winter routinemäßig 5–10 zusammenhängende trübe Tage haben.
• Auslegung des Generators für den schlechtesten Sonnenmonat (Dezember in Deutschland).
• Plus 25–50% PV-Überdimensionierung über die Worst-Month-Berechnung hinaus.
• Für deutsche Tränke- und Gartenpumpen bei 20–30 m Förderhöhe rechnen Sie mit 0,5–0,8 Wp pro Liter/Tag im Jahresmittel oder 1,5–2,5 Wp pro Liter/Tag wenn nach Dezember dimensioniert wird.

Pumpentypen im Vergleich

Für die meisten deutschen Garten- und Tränkeanlagen unter 10.000 L/Tag aus einem Brunnen unter 50 m ist die Grundfos SQFlex oder Lorentz PS2 die Standardwahl. Für tiefere Brunnen ab 80 m bietet die Lorentz PS2 mit Helical-Rotor-Patrone den richtigen Betriebspunkt.

Förderung in Deutschland

• KfW 270 — Erneuerbare Energien Standard — zinsgünstiger Kredit für PV-Anlagen einschließlich autarker Pumpenanwendungen mit Eigenstromnutzung.
• Landwirtschaftliche Rentenbank — Programm “Umwelt- und Verbraucherschutz” — fördert Modernisierungsmaßnahmen einschließlich Solar-Direktpumpen für die Tierhaltung.
• Landesförderprogramme — Bayerns “Förderprogramm Energie” und Baden-Württembergs “Klimaschutz-Plus” haben in der Vergangenheit gewerbliche Solarpumpen kofinanziert.
• § 35a EStG (Handwerkerleistungen) — 20% der Lohnkosten bis 1.200 € jährlich pauschal absetzbar für Installationsarbeiten am selbst genutzten Wohngebäude.
• 0% MwSt. auf private PV-Anlagen — Nullsteuersatz nach § 12 Abs. 3 UStG seit 2023 gilt auch für solardirekte Pumpenanlagen auf Wohngebäuden bis 30 kWp Modulleistung.

Häufige Fehler, die die Leistung mindern

• Auslegung nach Jahresmittel statt Dezember. Eine nach 2,9 PSH (Jahresmittel) ausgelegte Anlage liefert im typischen norddeutschen Dezember nur 30% des Bedarfs.
• Ruhewasserstand statt Absenkwert verwenden. Norddeutsche Quartärbrunnen senken bei typischen Förderraten 3–8 m ab; die Auslegung nach Ruhewasserstand unterdimensioniert den Generator.
• Tank weglassen. Eine solardirekte Anlage ohne Speicher liefert an trüben Tagen nichts. Ein 3.000-L-Tank plus kleinere Pumpe schlägt eine größere Pumpe ohne Tank immer.
• VDE-AR-N 4105 ignorieren. Auch bei Stand-alone-Pumpen müssen DC-Stromkreise VDE-konform abgesichert werden — DC-Sicherungen pro String sind Pflicht.
• Flache Modulneigung. Eine flach montierte Modulreihe sammelt im Winter Schnee in Süddeutschland und Schmutz das ganze Jahr. 35–55° Neigung ist Standard.

Quellen

• Verbraucherzentrale — Solar und Photovoltaik — Verbraucherinformation zu PV-Anlagen
• Bundesnetzagentur — Photovoltaik-Statistik — Anlagenregister und Marktdaten
• BSW Solar (Bundesverband Solarwirtschaft) — Marktdaten und Sektorstudien
• PVGIS — Strahlungsdaten der Europäischen Kommission — Sonnenstunden für jede deutsche PLZ
• Phaesun — Solarpumpen-Auslegungshandbuch — deutscher Lorentz-Distributor mit Auslegungswerkzeugen
• Lorentz PS2 Dimensionierungshandbuch — Pumpenkennlinien und Auswahltabellen als Referenz für Wirkungsgrade