Wo steht die Sonne in meinem Wohnzimmer mittags?

In Deutschland steht die Mittagssonne immer im Süden, also Azimut rund 180 Grad. Die Höhe variiert zwischen 14 Grad (Winter, Norddeutschland) und 65 Grad (Sommer, Süddeutschland). Damit lässt sich grob ableiten, wie weit die Sonne in den Raum hineinscheint, wenn der Sonnenstand und die Fensterhöhe bekannt sind.

Wie weit weicht der Aufgangspunkt im Sommer und Winter ab?

In mittleren Breiten wandert der Sonnenaufgang über das Jahr um etwa 80 Grad entlang des östlichen Horizonts. Im Sommer steht der Aufgang weit nordöstlich, im Winter weit südöstlich. Mit einem festen Bezugspunkt am Horizont, etwa einem Kirchturm oder Bergrücken, lässt sich der Aufgangs-Korridor visuell merken und ohne Werkzeug wieder einsortieren.

Funktioniert ein Sonnenpfad-Diagramm auch auf der Südhalbkugel?

Ja, aber gespiegelt. In Australien oder Argentinien steht die Mittagssonne im Norden, der Sonnenpfad bewegt sich entgegen dem Uhrzeigersinn. Die übrigen Prinzipien (Sommer hoch, Winter tief, Tagundnachtgleichen genau Ost-West) gelten unverändert.

Wie wichtig ist die Geländehöhe für ein Sonnenpfad-Diagramm?

Für die astronomische Geometrie nicht, der Sonnenpfad ist überall gleich. Aber für die Verschattung sehr wichtig: Wer auf einem Hügel oder in einem Tal lebt, hat den Horizont oben oder unten. Im Diagramm wird das als Hindernis-Linie oder als zusätzlicher Spielraum unten am Horizont eingezeichnet.

Kann ich aus dem Sonnenpfad die optimale Modulausrichtung ablesen?

Ja, näherungsweise. Die optimale Ausrichtung ist die Senkrechte zum Sonnenstand zum Zeitpunkt der höchsten Bestrahlungsstärke, also zur Mittagszeit zur Sommersonnenwende. In Deutschland landet man dort bei Süd-Ausrichtung und etwa 30 bis 35 Grad Neigung. Wer den Jahresertrag glätten will, weicht von diesem Optimum ab.

Sonnenpfad-Diagramm lesen: Azimut, Höhe und Verschattung in einem Bild

Ein Sonnenpfad-Diagramm zeigt für jeden Tag des Jahres, wo am Himmel die Sonne steht. Architekten nutzen es, um Verschattungen zu beurteilen, Fotografen, um Lichtwinkel vorauszuplanen, PV-Planer für die Modul-Ausrichtung. Ich erkläre, wie das Diagramm aufgebaut ist, welche Zahlen wichtig sind und wie sich daraus konkrete Entscheidungen ableiten lassen.

Azimut und Höhe, die zwei Koordinaten

Jede Sonnenposition am Himmel lässt sich mit zwei Zahlen beschreiben. Der Azimut gibt die Himmelsrichtung an, gemessen von Norden im Uhrzeigersinn: 0 Grad Norden, 90 Grad Osten, 180 Grad Süden, 270 Grad Westen. Die Höhe gibt den Winkel über dem Horizont an: 0 Grad bedeutet, die Sonne steht exakt am Horizont, 90 Grad wäre direkt im Zenit über uns. In Mitteleuropa wird die Sonne nie höher als rund 65 Grad steigen, der Zenit bleibt für uns unerreichbar. Mit diesem Koordinatenpaar ist die Sonnenposition für jeden Moment eindeutig festgelegt.

Ein Sonnenpfad-Diagramm ist nichts anderes als ein zweidimensionales Schaubild dieser zwei Koordinaten. Auf der waagerechten Achse liegt der Azimut, auf der senkrechten Achse die Höhe. Eine Linie auf dem Diagramm ist die Bahn der Sonne über einen Tag, von Aufgang im Osten über die Mittagskulmination im Süden bis zum Untergang im Westen. Übers Jahr ergeben sich viele solcher Linien, jede für einen bestimmten Tag, die zusammen ein Bündel aus parallelen Bögen bilden.

Was die Hauptlinien bedeuten

Vier Tage sind in jedem Sonnenpfad-Diagramm besonders eingezeichnet: die beiden Sonnenwenden und die beiden Tagundnachtgleichen. Die obere Hüllkurve ist die Sommersonnenwende, der höchste Sonnenpfad des Jahres. Sie beginnt weit im Nordosten, steigt über einen hohen Mittagsbogen und endet weit im Nordwesten. Die untere Hüllkurve ist die Wintersonnenwende, sie startet im Südosten, steigt nur knapp an und endet im Südwesten. Dazwischen liegen die beiden Tagundnachtgleichen, die fast deckungsgleich verlaufen: Sie starten exakt im Osten, gehen exakt im Westen unter und treffen mittags eine mittlere Höhe.

Senkrecht zu den Tagespfaden gibt es noch eine zweite Schar Linien: die Stundenlinien. Sie verbinden alle Punkte, an denen die Sonne zu einer bestimmten Uhrzeit steht, etwa um zehn Uhr morgens oder um vierzehn Uhr nachmittags. Eine Stundenlinie ist im Sommer weiter östlich und höher als im Winter zur gleichen Uhrzeit. Wer einen Punkt im Diagramm findet, an dem sich Tagespfad und Stundenlinie kreuzen, kennt Azimut und Höhe der Sonne zu diesem konkreten Zeitpunkt.

Tag	Aufgang Azimut	Mittagshöhe	Untergang Azimut
Sommersonnenwende	~50° (Nordost)	~62° (Berlin)	~310° (Nordwest)
Tagundnachtgleiche	~90° (Ost)	~38°	~270° (West)
Wintersonnenwende	~130° (Südost)	~15°	~230° (Südwest)

Werte für Berlin bei 52,5 Grad Breite, gerundet. Sie verschieben sich mit der geografischen Breite. Im Süden Deutschlands sind die Mittagshöhen ein paar Grad höher, im Norden niedriger.

Verschattung im Diagramm einzeichnen

Die praktische Stärke des Sonnenpfad-Diagramms zeigt sich, wenn man Hindernisse einzeichnet. Ein Baum, ein Nachbarhaus, ein Berg lässt sich als geschlossene Fläche auf dem Diagramm darstellen: für jeden Azimut, in dem das Hindernis steht, die scheinbare Höhe seiner Oberkante. Diese Fläche legt sich über das Sonnenpfad-Bündel. Alle Sonnenstellungen, die innerhalb der Fläche liegen, sind verschattet. Wer für eine Solaranlage die jährliche Verschattungslast abschätzen will, zeichnet alle Hindernisse ein und sieht sofort, welcher Anteil des Sonnenpfad-Bündels noch frei ist.

Aus der Lage einer Hindernis-Fläche im Diagramm lässt sich auch die saisonale Wirkung ablesen. Ein Hindernis im Westen, das nur niedrig ist, schadet im Sommer kaum, weil der hohe Sommer-Sonnenpfad darüber hinwegläuft. Im Winter dagegen kann dasselbe Hindernis den ganzen Nachmittag verschatten, weil die niedrige Wintersonne genau darunter herwandert. Diese Asymmetrie ist schwer intuitiv zu fassen, im Diagramm aber auf einen Blick sichtbar.

Architektur und Fenster-Planung

In der Architektur ist das Diagramm Standardausstattung. Wie groß darf ein Süd-Fenster sein, ohne im Sommer aufzuheizen? Wie tief muss der Dachvorsprung sein, damit er die Sommersonne abfängt, die Wintersonne aber durchlässt? Wo soll der Wintergarten hin? Alles drei lässt sich am Diagramm ablesen. Der Vorsprung-Trick funktioniert über die Geometrie: Die Sommersonne kommt bei rund sechzig Grad Höhe nahezu senkrecht über den Vorsprung, die Wintersonne bei zwanzig Grad fast horizontal darunter durch. Passive Solar-Heizung im Winter, ohne im Juli den Ventilator anschalten zu müssen.

Diese passive Bauweise ist klimatisch wirksam, ohne Technik oder Strom. Sie funktioniert allein über die jahreszeitliche Geometrie der Sonne und die Lage des Hauses. Wer ein Haus plant oder umbaut, sollte das Sonnenpfad-Diagramm zumindest grob im Kopf haben, gerade in Zeiten zunehmender Sommerhitze und steigender Energiekosten.

Aus den Zahlen des Rechners ein eigenes Diagramm bauen

Wer für seinen Standort kein fertiges Sonnenpfad-Diagramm zur Hand hat, kann sich mit den Werten dieses Rechners eine grobe Skizze bauen. Man braucht für die vier Eckpunkte des Jahres jeweils Sonnenaufgang, Sonnenuntergang und Mittagskulmination, also drei Punkte pro Tag. Daraus lassen sich die Sonnenpfade als sanfte Bögen interpolieren. Für die meisten praktischen Fragen, etwa ob ein neuer Baum eine Photovoltaik-Anlage verschattet oder ob ein Dachvorsprung das Süd-Wohnzimmer im Winter ausreichend belichtet, reicht diese Abschätzung aus.

Für präzisere Planung gibt es interaktive Online-Tools wie das PVGIS der EU-Kommission oder Apps, die den Sonnenpfad per Augmented Reality direkt auf das Kamerabild legen. Bleistift-Skizze taugt für die Vorab-Abschätzung im Gelände, digitale Tools für die finale Auslegung. In beiden Fällen ist das Verständnis von Azimut und Höhe der eigentliche Hebel. Wer beide Koordinaten sicher liest, erkennt eine Verschattungsfalle schon beim Ortstermin und braucht das Diagramm erst, um sie zu quantifizieren.