So 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 in der kalten Jahreszeit 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:

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:

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 %).

Anmerkung:  Die tiefere Temperatur im Winter wirkt sich positiv auf den Solarstrom-Ertrag  aus. Solange der Tag sonnig ist, sind auch Negativ-Temperaturen kein Problem für die Photovoltaik-Module, im Gegenteil. Im Sommer sorgt hingegen jedes zusätzliche Grad für einen (geringen) Leistungsabfall. Der Temperaturkoeffizient Pmax (der im Datenblatt angegeben wird) ist stets negativ, sein Wert liegt im Bereich von weniger als 0,5 %/K. Das heißt: Ein Grad (K) mehr bedeuten 0,5 Prozent weniger Leistung. 

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.

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, die Module produzieren weniger Strom und der Ertrag sinkt. Größere Schneemengen können zwar z.B. mit einem weichen Besen an einer Teleskopstange entfernt werden, in der Regel sollte aber von einer Reinigung der Module abgesehen werden. Selbst auf das Dach zu klettern, ist zu gefährlich und die Reinigung mit scharfkantigen Gegenständen kann zu Schäden an den Modulen führen. Auch warmes Wasser zum Abtauen ist keine gute Idee, denn durch Temperaturunterschiede könnte es zu Rissen in den Modulen kommen. 

Eine ungefährliche Möglichkeit besteht darin, Strom in die Module zu leiten, um diese zu erwärmen. Ob sich das allerdings energetisch lohnt, ist zumindest fraglich. 

Da es insbesondere in den Mittelgebirgen und in Alpennähe zu einer hohen Schneelast kommen kann, sollten die  Solarmodule selbst und das Montagesystem 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.

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 erzeugten Stroms häufig den Eigenverbrauch, sodass Solaranlagenbesitzer zusätzlich von der Einspeisevergütung profitieren können. So wird der im Winter geringere Stromertrag der PV-Anlage zum Teil ausgeglichen.