Photovoltaik im Winter ist ein viel diskutiertes Thema. Viele fragen sich, ob Solaranlagen auch in den kalten Monaten Strom erzeugen. In diesem Ratgeber erklären wir, wie Solaranlagen im Winter funktionieren und welche Faktoren den Ertrag beeinflussen.
Obwohl weniger Sonne im Winter ist, können Solaranlagen trotzdem Strom erzeugen. Der Ertrag hängt von der Lage, Ausrichtung und Neigung der Module sowie der Schneebedeckung ab.
Im Winter (Oktober bis März) erzeugt eine 10 kWp-PV-Anlage etwa 20-30% des Jahresertrags. Im Sommer erzeugen sie 70-80%. Dennoch ist der Winterertrag nicht zu unterschätzen. Mit der richtigen Planung kann man den Winterertrag einer Solaranlage steigern.
Globalstrahlung: Der entscheidende Faktor für den PV-Ertrag im Winter
Die Globalstrahlung, bestehend aus direkter und diffuser Strahlung, spielt eine zentrale Rolle für die Leistung von Photovoltaikanlagen im Winter. Ihre Intensität hängt von der Jahreszeit und der geografischen Lage ab. Dies beeinflusst direkt die Stromproduktion.
Direkt- und Diffusstrahlung
Bei klarem Wetter im Winter macht die Direkteinstrahlung etwa 50% der Globalstrahlung aus. Die Diffusstrahlung, beeinflusst durch Wolken, Nebel und Verschmutzung, trägt ebenfalls rund 50% bei. Im Vergleich zum Sommer ist der Anteil der Diffusstrahlung im Winter höher, was die Effizienz der Solarmodule verringert.
Einfluss des Strahlungswinkels auf die Leistung
Der flachere Einstrahlungswinkel im Winter mindert die Leistung der Solarmodule. Im Sommer steht die Sonne höher am Himmel, und die Strahlen treffen nahezu senkrecht auf die Module. Im Winter ist der Winkel deutlich flacher. Dies reduziert die Energieausbeute pro Quadratmeter.
Geografische Unterschiede in Deutschland
In Deutschland variiert die Globalstrahlung je nach Region. Süddeutschland verzeichnet jährlich etwa 1.200 kWh/m², während Norddeutschland nur rund 1.000 kWh/m² erreicht. Diese Unterschiede beeinflussen den Ertrag von Photovoltaikanlagen im Winter.
| Monat | Durchschnittliche Globalstrahlung (kWh/m²) |
|---|---|
| Dezember | 19 |
| Januar | 22 |
| Februar | 40 |
Trotz niedrigerer Erträge im Winter trägt die Solarstromproduktion zu erheblichen Einsparungen bei den Stromkosten über das Jahr hinweg bei. Eine optimierte Ausrichtung der Module und der Einsatz von Stromspeichern können die Effizienz weiter erhöhen.
Ertrag einer 10 kWp-PV-Anlage im Winter
Der Ertrag einer Photovoltaikanlage hängt stark von der Globalstrahlung ab. Diese variiert je nach Standort und Jahreszeit. In Deutschland liegt die durchschnittliche Globalstrahlung bei etwa 1050 W/m². Im Winter, von Oktober bis März, fällt nur ein Drittel der Sommerstrahlung an.
Beispielrechnung für die Wintermonate Dezember bis Februar
Der wintermonate ertrag einer 10 kwp pv anlage ist interessant. Im Dezember beträgt die Globalstrahlung etwa 21 kWh/m². Im Januar liegt sie bei 22 kWh/m², im Februar bei 52 kWh/m². Das ergibt folgende Erträge:
- Dezember: ca. 210 kWh
- Januar: ca. 220 kWh
- Februar: ca. 520 kWh
So erzeugt eine 10 kWp-PV-Anlage in den Wintermonaten etwa 950 kWh Strom.
Anteil des Winterstroms am Gesamtertrag
Eine 10 kWp-PV-Anlage erzeugt in Deutschland jährlich zwischen 8.000 und 12.000 kWh Strom. Der anteil winterstrom am Jahresertrag liegt bei etwa 25%. Der Rest, 75%, entsteht im Sommer.
Der 10 kwp pv anlage ertrag von 950 kWh in den Wintermonaten entspricht einem Anteil von 10-12% am Jahresertrag. Mit Oktober, November und März steigt der Anteil des Winterstroms auf etwa 25%.
Obwohl die Erträge im Winter niedriger sind als im Sommer, sind sie für die ganzjährige Stromproduktion wichtig. Ein Stromspeicher kann den Solarstrom effizienter nutzen und die Selbstversorgung erhöhen.
Optimale Ausrichtung der PV-Anlage für den Winterbetrieb
Die Ausrichtung der Module ist entscheidend, um die Erträge von Photovoltaikanlagen im Winter zu maximieren. Im Sommer ist eine südliche Ausrichtung mit 30 bis 35° optimal. Für den Winterbetrieb ist eine Anpassung der Ausrichtung notwendig.
Ost-West-Ausrichtung für maximale Erträge
Eine Ost-West-Ausrichtung der PV-Module steigert die Erträge im Winter deutlich. Durch Aufteilung in zwei Teilsysteme, eines nach Osten und eines nach Westen, wird die Einstrahlung über den Tag verteilt. Studien zeigen, dass solche Photovoltaik-Anlagen im Winter durchschnittlich 1 kWh/kWp am Tag erzielen. Das ist im Vergleich zu 0,5 bis 0,6 kWh/kWp bei südlich ausgerichteten Anlagen signifikant höher.
Anpassung des Neigungswinkels der Module
Der Neigungswinkel im Winter ist ebenfalls wichtig für die Erträge. Da die Sonne niedriger steht, empfiehlt sich ein steilerer Anstellwinkel von 40 bis 60°. Dies erhöht die Einstrahlung auf die Module. Modellrechnungen zeigen, dass Anlagen mit solchen Winkeln nach Süden die besten Jahreserträge erzielen.
| Anstellwinkel | Durchschnittlicher Tagesertrag im Winter (kWh/kWp) |
|---|---|
| 0,5 – 0,6 | |
| 40 – 45° | 1,0 |
| > 45° | 1,0 |
Ein steilerer Anstellwinkel erfordert größere Reihenabstände, um Verschattung zu vermeiden. Eine sorgfältige Planung und Auslegung der Anlage ist daher unerlässlich. So kann das volle Potenzial der Ausrichtung im Winter genutzt und die Erträge maximiert werden.
Photovoltaik im Winter: Herausforderungen und Lösungen
Im Winter sinkt der Ertrag von Photovoltaikanlagen aufgrund weniger Sonneneinstrahlung, Schnee und niedrigeren Temperaturen. Die Stromproduktion kann auf 20 bis 30 % der Sommerwerte fallen. Es gibt jedoch Wege, die Effizienz der Solarmodule auch in der kalten Jahreszeit zu verbessern.
Umgang mit Schnee auf den Solarmodulen
Schnee auf den Solarmodulen stellt eine große Herausforderung für Photovoltaikanlagen im Winter dar. Die weiße Decke blockiert das Sonnenlicht und verhindert die optimale Energieaufnahme. Es gibt verschiedene Ansätze, um dem entgegenzuwirken:
- Leichte Neigung der Module erleichtert das Abrutschen von Schnee
- Regelmäßige manuelle oder automatische Schneeräumung
- Einsatz spezieller Module mit Anti-Schnee-Beschichtung
Bedeutung der Schneeräumung für den Ertrag
Studien zeigen, dass eine konsequente Schneeräumung bei Photovoltaikanlagen den Ertrag im Winter signifikant steigern kann. Ungeräumte Anlagen verzeichnen bis zu 80 % Verluste. Regelmäßig gereinigte Module arbeiten deutlich effizienter.
| Räumungsintervall | Ertragssteigerung |
|---|---|
| Täglich | 60-80 % |
| Wöchentlich | 30-50 % |
| Monatlich | 10-20 % |
Einsatz von Stromspeichern zur Optimierung des Eigenverbrauchs
Ein weiterer Ansatz, um die Effizienz der Photovoltaikanlage im Winter zu steigern, ist der Einsatz von Stromspeichern. Überschüssige Energie, die tagsüber erzeugt wird, kann so zwischengespeichert und in den sonnenarmen Stunden genutzt werden. Das erhöht den Eigenverbrauch im Winter und senkt die Kosten für Netzstrom.
„Stromspeicher sind ein Gamechanger für Photovoltaikanlagen. Sie ermöglichen eine deutlich höhere Unabhängigkeit vom Netz und steigern die Wirtschaftlichkeit – gerade im Winter, wenn die Erzeugung geringer ausfällt.“
– Dr. Maximilian Sommer, Solarexperte
Durch die Kombination aus optimierter Ausrichtung, regelmäßiger Schneeräumung und intelligenter Speichernutzung können Photovoltaikanlagen auch im Winter einen wertvollen Beitrag zur Energieversorgung leisten.
Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen im Winter
Photovoltaikanlagen sind auch im Winter wirtschaftlich, trotz niedrigerer Erträge. Der Eigenverbrauch des selbst produzierten Stroms ist günstiger als der Bezug von Netzstrom. Ein hoher Eigenverbrauch ist entscheidend für die Rentabilität. Überschüssiger Strom wird ins Netz eingespeist und vergütet. Ab 2022 liegt die Einspeisevergütung bei 6,83 Cent pro Kilowattstunde.
Der hohe Sommerüberschuss gleicht den niedrigeren Winterertrag aus. Im Winter erzielt man nur etwa 30 Prozent des Jahresertrags. Das liegt daran, dass die Sonne weniger strahlt und diffuse Lichtanteile höher sind. Im langjährigen Mittel von 2012 bis 2020 betrug der durchschnittliche spezifische Ertrag von Photovoltaik-Dachanlagen in Deutschland ca. 765 kWh/kWp im Sommerhalbjahr. Im Winterhalbjahr lag er bei etwa 285 kWh/kWp, was einem Verhältnis von ca. 27% entspricht.
Die Kombination einer PV-Anlage mit einem Stromspeicher steigert den Eigenverbrauch ganzjährig. Dies senkt die Stromkosten und macht unabhängiger vom Netzbezug. Das Autarkiepotenzial bei Kombination von PV-Anlage, Batteriespeicher und Wärmepumpe liegt bei bis zu 65%. Eine Kilowattstunde Heizwärme aus einer mit Photovoltaik betriebenen Wärmepumpe kostet nur 3 Cent. Im Vergleich dazu kostet eine Kilowattstunde Heizwärme durch einen Gaskessel 11 Cent.
Eine Kilowattstunde Solarstrom kann mit 8,03 Cent Einspeisevergütung vergütet werden; selbst genutzter Strom kann eine Ersparnis von über 20 Cent gegenüber dem Haushaltsstrompreis bringen.
Um die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage im Winter zu optimieren, sollten einige Faktoren beachtet werden:
- Minimierung von Beschattung und Schmutz auf den Modulen
- Professionelle Reinigung alle paar Jahre und regelmäßige Wartung
- Anpassung der PV-Anlage an das Klima am Standort, z.B. durch alternative Module wie Dünnschichtmodule mit Cadmium-Tellurid oder CIIGS-PV-Module
- Sorgfältige Planung der PV-Anlage unter Berücksichtigung des tiefen Sonnenstands im Winter für die optimale Ausrichtung und Neigung des Daches
Durch eine gute Planung und Optimierung des Eigenverbrauchs, beispielsweise durch den Einsatz eines Stromspeichers, bleibt die Photovoltaikanlage auch im Winter wirtschaftlich. Sie trägt zur Energiewende bei.
Fazit
Photovoltaikanlagen sind eine lohnende Investition, die auch im Winter einen wertvollen Beitrag zur Stromversorgung leisten können. Obwohl die Erträge in den kalten Monaten geringer ausfallen, produziert eine 10 kWp-Anlage immerhin noch rund 736 kWh Strom. Auf die Monate Oktober bis März entfallen dabei etwa 23% des Jahresertrags. Eine optimale Ausrichtung und Neigung der Solarmodule verbessert die Leistung im Winter. Eine Ost-West-Ausrichtung und ein steilerer Neigungswinkel von 30 bis 40 Grad sorgen für eine bessere Ausnutzung der Sonneneinstrahlung.
Um die Effizienz der Photovoltaikanlage im Winter zu steigern, ist es wichtig, hochwertige Module mit niedrigem Temperaturkoeffizienten und Technologien wie PERC oder bifaziale Zellen zu wählen. Auch wenn Schnee die Leistung kurzzeitig beeinträchtigen kann, sind die meisten Anlagen für hohe Schneelasten ausgelegt. Eine regelmäßige Reinigung der Module ist in Deutschland und Österreich aufgrund der Schneemenge nicht zu empfehlen. Stattdessen kann eine stärkere Neigung dazu beitragen, dass der Schnee von selbst abrutscht und Schäden vermieden werden.
Durch den Einsatz von Stromspeichern lässt sich der Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms im Winter optimieren. Auch wenn die Speicher oft nicht vollständig aufgeladen werden, können sie dazu beitragen, den Strombedarf an sonnigen Wintertagen zu decken. In Kombination mit Elektroheizungen oder Wärmepumpen kann die Photovoltaikanlage einen Teil des Heizbedarfs abdecken und so dabei helfen, Energiekosten zu sparen. Insgesamt zeigt sich, dass sich eine Solaranlage ganzjährig lohnt und auch im Winter einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Reduzierung der Stromkosten leisten kann.
