So hoch ist der Photovoltaik-Ertrag im Winter

Aufgrund geringerer Sonneneinstrahlung und weiterer Faktoren erzeugt eine Photovoltaikanlage in den Wintermonaten weniger Sonnenstrom als im Sommer. Dieser Artikel zeigt, welchen Strombedarf eine PV-Anlage im Winter decken kann. Leser erfahren außerdem, mit welchen Maßnahmen sich der Photovoltaik-Ertrag im Winter steigern lässt.
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    Wie hoch ist der Photovoltaik-Ertrag im Winter?

    Weniger Sonnenstunden, bewölkter Himmel und Solarmodule, die unter einer Schneedecke verschwinden: In welchem Grade produziert eine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) im Winter überhaupt noch Strom? Müssen die Solarmodule dafür vom Schnee befreit werden? Und wie können Hausbesitzer im Winter den Photovoltaik-Ertrag erhöhen? Wir beantworten diese und weitere Fragen und zeigen anhand eines Rechenbeispiels, wie viel Strom eine Photovoltaikanlage im Winter erzeugen kann.

    Ausschlaggebend für den Ertrag einer PV-Anlage: die Globalstrahlung

    Die Atmosphäre der Erde wirkt wie ein Filter für Sonnenlicht – nur Teile der Sonnenstrahlung dringen tatsächlich bis zur Erdoberfläche durch. Diese Teile nennt man „Globalstrahlung“. Man unterscheidet die direkte Globalstrahlung von der diffusen Globalstrahlung, die beispielsweise durch Luft- und Wasserpartikel gestreut wird.

    Die jeweilige Stärke der Globalstrahlung wird in der Einheit Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) gemessen. An einem typischen Ort in Deutschland beträgt die Globalstrahlung pro Jahr etwa 1.000 kWh/m² – etwas mehr ist es im Süden, etwas weniger im Norden der Bundesrepublik. Anhand der durchschnittlichen Globalstrahlung in einer bestimmten Region lässt sich der wahrscheinliche Ertrag einer dort betriebenen Photovoltaikanlage im Sommer, Winter und im Jahresschnitt berechnen.

    Zur Errechnung des Ertrags einer PV-Anlage im Winter kann man die Globalstrahlungskarten des Deutschen Wetterdienstes als Grundlage nutzen. Sie stellen die monatliche Globalstrahlung während der letzten 29 Jahre dar.

    Die folgende Tabelle zeigt die gemittelten Deutschlandwerte bei der Globalstrahlung im Jahr 2019:

     Höchstwert (kWh/m²) (Tabelle)Mittelwert (kWh/m²)Tiefstwert (kWh/m²)
    Januar542114
    Februar825236
    März1167557
    April157138109
    Mai168146110
    Juni22420016
    Juli203170144
    August163147132
    September1199879
    Oktober745639
    November422415
    Dezember342012

    Die jahreszeitlich bedingten Schwankungen spiegeln sich auch in den unterschiedlich hohen Erträgen wider, die PV-Anlagen im Winter im Vergleich zu den Sommermonaten liefern. Ursächlich sind verschiedene Faktoren:

    Wetterveränderungen

    In den Herbst- und Wintermonaten ist der Himmel häufiger bedeckt als in den Sommermonaten.

    Stunden mit Tageslicht

    Nach der Sommersonnenwende im Juni werden die Tage kürzer, bis zum Winter nehmen die Tageslichtstunden ab. Erst ab der Wintersonnenwende im Dezember werden die Stunden mit Tageslicht allmählich wieder mehr. 

    Stand der Sonne

    Im Winter steht die Sonne über Deutschland tiefer als im Sommer. Die daraus resultierenden stärkeren Verschattungen wirken sich ebenfalls auf den Ertrag von PV-Anlagen aus.

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    Ein Rechenbeispiel zum Photovoltaik-Ertrag im Winter

    Möchte man Sommer- und Winterhalbjahr differenziert betrachten, so ergibt sich für die Monate April bis September auf Basis der oben für 2019 aufgeführten Werte eine mittlere Globalstrahlung von 899 kWh/m². Das entspricht einem Anteil von 78,4 % an der Gesamtglobalstrahlung im Jahr 2019 (1.147 kWh/m²). Auf die Monate Januar bis März und Oktober bis Dezember entfielen die verbleibenden 21,6 % der jährlichen Globalstrahlung (248 kWh/m²).

    Eine Photovoltaikanlage erzeugt pro Kilowatt peak (kWp) Anlagenleistung etwa 800 bis 1.000 kWh Solarstrom im Jahr, im Mittel also 900 kWh jährlich. Eine Photovoltaikanlage mit 4 kWp Anlagenleistung produziert demnach rund 3.600 kWh Strom im Jahr (4 kWp x 900 kWh).

    Von diesen 3.600 kWh Solarstrom wird – wenn man die oben genannten Globalstrahlungswerte von 2019 zur Grundlage nimmt – während des Sommerhalbjahrs ein Anteil von 2.822 kWh (= 78,4 %) produziert und während des Winterhalbjahrs ein Anteil von 777 kWh (= 21,6 %).

    Wenn man bei einem Zwei-Personen-Haushalt einen durchschnittlichen Jahresverbrauch von 2.300 kWh Strom zugrunde legt, ergibt sich bei einer vereinfachenden Betrachtung für das Winterhalbjahr ein Verbrauch von 1.150 kWh (= 50 % von 2.300 kWh). Der Strombedarf könnte also mithilfe der eben beschriebenen Photovoltaikanlage (mit 4 kWp) auch während des Winterhalbjahrs zu einem bedeutenden Teil – rechnerisch zu rund 67,5 % nämlich – gedeckt werden (777 kWh erzeugter Solarstrom von 1.150 kWh benötigtem Haushaltsstrom).

    Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass der Strombedarf eines Haushalts über das Jahr nicht gleichmäßig hoch ist, sondern im Winter gegenüber dem Sommer deutlich größer ausfällt, da längere Zeit das Licht im Haus brennt, wärmeerzeugende Geräte genutzt werden usw.

    So lässt sich eine Photovoltaikanlage im Winter bestmöglich nutzen

    Hausbesitzern stehen mehrere Möglichkeiten offen, den Photovoltaik-Ertrag im Winter zu maximieren. Insbesondere sollten die Sonnenstunden während der kürzeren Wintertage so weit wie möglich genutzt werden.

    Die beste Möglichkeit, den Solarstromertrag im Winter zu nutzen, besteht darin, Zeitschaltuhren einzusetzen. Auf diese Weise können elektrische Geräte auch in Abwesenheit der Hausbesitzer den tagsüber gewonnenen Strom direkt verbrauchen, anstatt dass dieser lediglich mit Einspeisevergütung ins Netz eingespeist wird. Besonders gut lässt sich die Arbeit einer PV-Anlage in einem Smart Home überwachen und steuern.

    Auch über die Anschaffung und Verwendung eines Stromspeichers kann im Winter möglichst viel Solarstrom zur Deckung des Eigenverbrauchs herangezogen werden. Dann wird der während der Sonnenstunden gewonnene Solarstrom gespeichert und steht in den dunklen Abendstunden zur Verfügung, wenn er normalerweise am ehesten gebraucht wird.

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    Beeinträchtigt Schnee auf der Photovoltaikanlage die Leistung?

    Aufgrund der selbstreinigenden Eigenschaft von Solarmodulen beeinträchtigen geringe Schneefälle den Ertrag einer Photovoltaikanlage nicht erheblich. Bleibt jedoch Schnee auf den Modulen liegen, dringt weniger Sonnenlicht zu den Solarzellen durch und der Ertrag sinkt. Es ist daher empfehlenswert, größere Schneemengen zu entfernen

    Da es insbesondere in den Mittelgebirgen und in Alpennähe zu einer hohen Schneelast kommen kann, sollte das Montagesystem von Solarmodulen entsprechend ausgelegt sein. Dazu ist die Herstellerangabe zu beachten, die entsprechende Einheit ist Pascal (Pa). Eine Schneelast von 1.000 Pa entspricht rund 100 kg Schnee pro Quadratmeter. Die meisten Solarmodule sind für eine Last von 5.400 Pa ausgelegt, was sie für den Einsatz in ganz Deutschland geeignet macht.

    Lohnt sich eine Photovoltaikanlage trotz geringerem Winterertrag?

    Obwohl der Stromertrag einer Photovoltaikanlage im Winter geringer ausfällt als im Sommer, ist die Stromkostenersparnis für das gesamte Jahr dennoch beträchtlich. Insbesondere während der Sommermonate übersteigt die Menge des selbst produzierten Stroms häufig den Eigenverbrauch, sodass Solaranlagenbesitzer von der Einspeisevergütung profitieren können. So wird der im Winter geringere Stromertrag der PV-Anlage zum Teil ausgeglichen.