PV im Winter - kein Problem!

• Jahreszeit: Kürzere Tage und ein niedrigerer Sonnenstand im Winter reduzieren die Sonneneinstrahlung und damit die Energieproduktion von Solaranlagen.
• Schwachlichtverhalten: Auch an bewölkten Tagen erzeugen Solarzellen im Winter Strom, allerdings mit geringerer Effizienz.
• Kältere Temperaturen im Winter wirken sich wiederum positiv auf die Effizienz von PV aus.
• Schnee auf PV im Winter mit Schnee reduziert die Solarleistung deutlich und macht unter Umständen das Freiräumen der Anlage nötig.
• Solardächer mit steilerer Neigung fangen im Winter mehr Sonnenlicht ein.
• Heizen mit Solar im Winter ist grundsätzlich möglich, auch wenn PV- und solarthermische Anlagen generell weniger Energie erzeugen.

In der Diskussion über die Effizienz von Photovoltaikanlagen spielen jahreszeitliche Unterschiede in der Sonneneinstrahlung eine wichtige Rolle. Die Kenntnis der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung hilft bei der Planung und Optimierung von Solardächern, insbesondere bei der Wahl des Standorts, der Ausrichtung und Neigung der Solarpanels oder Solardachziegel.

Die drei Arten der Sonneneinstrahlung

Die Sonneneinstrahlung bestimmt die Menge an Sonnenlicht, die auf Solarzellen trifft und in Elektrizität umgewandelt werden kann. Sie unterscheidet sich in:

Der Ertrag einer Solaranlage im Winter variiert deutlich zu dem einer PV-Anlage im Sommer. Das liegt hauptsächlich an: 

• Sonneneinstrahlung und Sonnenstand
  • Im Sommer steht die Sonne höher am Himmel, was zu einer intensiveren und länger andauernden Einstrahlung führt. Das maximiert die Menge der direkten Sonnenstrahlung, die auf Solaranlagen trifft, was einen höheren Energieertrag bedeutet. 
  • Im Winter hingegen steht die Sonne niedriger, und die Sonnenstrahlen treffen in einem flacheren Winkel auf, was die Effizienz der Energieabsorption verringert. 
  • Steilere Systeme bzw. höhere Neigungswinkel haben im Winter deswegen einen Effizienzvorteil. 
• Tageslänge
  • Mehr Sonnenlichtstunden führen zu einer höheren Energieproduktion. Im Winter sind die Tage kürzer, wodurch weniger Zeit für die Energieerzeugung bleibt.
• Wetterbedingungen
  • Wetterbedingungen wie Nebel, Schnee und dichte Bewölkung treten im Winter häufiger auf und können die Sonneneinstrahlung reduzieren. 
  • Schnee kann zudem Solarzellen im Winter bedecken und damit die Energieproduktion vorübergehend komplett stoppen, bis die Anlage gereinigt oder der Schnee geschmolzen ist.
• Temperatur
  • Obwohl kältere Temperaturen die Effizienz von Solarzellen positiv beeinflussen, reicht dieser Vorteil im Winter oft nicht, um nachteilige Faktoren zu kompensieren.

In Regionen mit milden Wintern und viel Sonnenschein kann der Ertragsunterschied von PV im Winter und Sommer geringer sein, während in Regionen mit langen, dunklen Wintern der Unterschied deutlich ausgeprägter ist.

Was bringt eine 10 kWp Photovoltaikanlage im Winter? Wie kann ich den PV-Ertrag Winter berechnen? Das lässt sich nur schwer pauschal angeben. Im Jahresdurchschnitt produziert eine Anlage mit 10 kWp Leistung  in Deutschland am Tag etwa 27,4 kWh Strom. Stark vereinfacht lässt sich die Leistung PV-Anlage im Winter, also Dezember bis einschließlich Februar, und in den Sommermonaten Juni bis August berechnen:

Die Berechnungen für den PV-Ertrag im Sommer und im Winter sind stark vereinfacht. Die tatsächliche Leistung variiert je nach spezifischen Standortbedingungen, der präzisen Ausrichtung der Module, möglichen Verschattungen sowie anderen Faktoren wie Wetter und Temperatur. 

Extremwetterbedingungen können erhebliche Auswirkungen auf die Leistung und Langlebigkeit von Photovoltaikanlagen haben. 

Extrem hohe Temperaturen

• Leistungsabfall: Der Wirkungsgrad der meisten Solarzellen nimmt ab, wenn die Temperatur über etwa 25°C steigt. Das ist auf die erhöhte Widerstandsfähigkeit der Elektronen bei Wärme zurückzuführen, die die Effizienz der Energieumwandlung reduziert.
• Materialbelastung: Lang anhaltende Hitze kann auch das Material der Solarzellen belasten, wodurch deren Lebensdauer potenziell verkürzt wird.

Degradation Photovoltaik: Diesen Einfluss hat der Leistungsverlust auf die Wirtschaftlichkeit einer Solaranlage 

Schnee und Eis

• Verringerung der Leistung: Bedeckt Schnee die Solarmodule, verhindert das die Sonneneinstrahlung und verringert damit die Stromerzeugung. 
• Mechanische Belastung: Zu hohe Schneelasten können zusätzlich aufgrund der mechanischen Belastung die Solarzellen schädigen. 

Hagel

• Schäden an Modulen: Besonders starker Hagel kann die Oberfläche von Solarmodulen beschädigen, im schlimmsten Fall sogar zerbrechen. In der Regel  sind diese zwar so konstruiert, dass sie normalem Hagel standhalten können, aber sehr große oder schnelle Hagelkörner können dennoch Schäden verursachen. 
• Temporärer Leistungsverlust: Selbst wenn der Hagel ein Modul nur kurzzeitig beschädigt, beeinträchtigt er zumindest bis zum Modultausch die gesamte Anlagenleistung.

Stürme und starke Winde

• Strukturelle Schäden: Entspricht die Installation nicht den lokalen baurechtlichen Vorgaben oder wurde nicht sachgemäß ausgeführt, können extreme Winde oder Stürme das Montagesystem und damit die Anlage schädigen.
• Herabfallende Gegenstände: Unter stürmischen Bedingungen können auch Äste oder andere Gegenstände auf die Module fallen und diese beschädigen.

Wetterextreme unterstreichen die Bedeutung einer sorgfältigen Planung von Solardächern, um sicherzustellen, dass sie den spezifischen klimatischen Bedingungen einer Region gewachsen sind. Auch eine regelmäßige Wartung von Solaranlagen ist wichtig, um die Anfälligkeit gegenüber extremen Wetterbedingungen zu minimieren und die Langlebigkeit sowie Effizienz der Anlage zu maximieren.

Wartung PV-Anlage: Besser Vorsicht als Nachsicht.

Um die optimale Leistung und Langlebigkeit der Anlage zu gewährleisten, können Anlagenbetreiber:innen sowohl bei der Planung wie auch im Betrieb ihrer Solaranlage im Winter einige Punkte beachten.

Schneelast in Deutschland

Die Schneelast beschreibt das Gewicht des Schnees, das Bauwerke tragen müssen. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Planung und Konstruktion von Gebäuden und anderen Installationen – wie Photovoltaikanlagen. Deutschland ist in verschiedene Schneelastzonen unterteilt, die dabei helfen, die zu berücksichtigenden Schneelasten zu standardisieren.

Bei der Installation von Aufdach-PV muss die zusätzliche Last der Solarmodule berücksichtigt werden. Das Dach muss ausreichend tragfähig sein, um sowohl die mögliche Schneelast als auch das Gewicht der Solaranlage zu tragen. 

Maßnahmen bei Schneefall für Solarenergie im Winter

Damit eine Solaranlage im Winter auch in Regionen mit hohen Schneelasten effizient und sicher funktioniert, kann bereits bei der Planung der Anlage einiges berücksichtigt werden:

• Tragfähigkeit des Dachs prüfen: Kann das Dach die zusätzliche Last der Solaranlage sowie die potenziell hohen Schneelasten tragen? Eine statische Bewertung durch einen Fachmann ist notwendig, um sicherzustellen, dass das Dach den Belastungen standhalten kann, ohne beschädigt zu werden.
• Neigungswinkel optimieren: In schneereichen Gebieten kann ein steilerer Winkel unterstützen, dass der Schnee natürlich von den Modulen abrutscht. Das reduziert die Notwendigkeit einer manuellen Entfernung und gleichzeitig das Risiko von Energieeinbußen durch lange bedeckte Solarzellen. 
• Ausrichtung und Platzierung: Die Ausrichtung der Anlage kann so gewählt werden, dass sie die maximale Sonneneinstrahlung während der Betriebszeiten erhält. Dies kann bedeuten, dass man von der typischen Südausrichtung abweicht, um die Effekte von Schattenwurf durch umliegende Berge oder Bäume zu minimieren.
• Schneemanagement: Sind zusätzliche Schneeräumsysteme oder Heizelemente notwendig, um eine Ansammlung von Schnee und Eis zu verhindern? Die Sicherheit und Leistung der Anlage in den Wintermonaten könnte sich dadurch gegebenenfalls verbessern. Eine Möglichkeit sind beispielsweise Schneefanggitter 
• Zugänglichkeit und Wartung: Die Solaranlage sollte auch im Winter gut zugänglich sein, um Wartungsarbeiten oder notwendige Schneeräumungen durchführen zu können. 
• Installation und Komponentenauswahl: Für die Anlage verwendete Komponenten sollten für extreme Wetterbedingungen ausgelegt sein. Hochwertige, robuste Materialien und Komponenten können die Langlebigkeit der Anlage sicherstellen.

Unabhängig von der Anlagenleistung gilt es bei der Planung noch zu beachten, ob

• es lokale Bauvorschriften und Standards zu Schneelasten gibt,
• die Versicherung spezielle Bedingungen für Solaranlagen in schneereichen Gebieten stellt und ob
• die Herstellergarantie klimatische Bedingungen wie hohe Schneelasten mit abdeckt.

Die Einhaltung entsprechender Vorschriften ist nicht nur aus Sicherheitsgründen wichtig, sondern auch rechtlich notwendig sowie im Hinblick auf Versicherungsansprüche. Beispielsweise kann es die Vorgabe geben, in schneereichen Gebieten einen Schneefang oder Schneefanggitter zu installieren.

Schneefang PV-Anlage: Mit diesen Maßnahmen Dachlawinen vermeiden

Solaranlage räumen: Schnee von Solarmodulen entfernen

Liegt im Winter Schnee auf der Solaranlage, kann es nötig sein, diesen manuell von den Modulen zu entfernen. Dafür sollten jedoch auf keinen Fall spitze oder harte Werkzeuge wie Metallschaufeln zum Einsatz kommen, um die Module nicht zu beschädigen. Stattdessen sind weiche Besen oder spezielle Schneeräumer für Solarmodule empfehlenswert. Auch ein professioneller Räumdienst kann Abhilfe schaffen und für freie Solarflächen sorgen. Für Großanlagen werden inzwischen auch immer häufiger Drohnen eingesetzt. In den meisten Fällen reicht es jedoch aus, geduldig zu sein: Der Neigungswinkel der Module begünstigt das Abrutschen des Schnees und sorgt so für freie Module.
 

Im Gegensatz zu klassischen Photovoltaikanlagen sind Solardachziegel direkt in das Dach integriert. Dadurch unterscheiden sie sich im Hinblick auf einige Eigenschaften von PV im Winter. 

• Durch die direkte Integration ins Dach können Schnee und Eis leichter abrutschen und so die Solarzellen früher wieder freilegen. Im Gegensatz dazu neigen konventionelle Aufdachanlagen dazu, Schnee und Eis anzusammeln, was nicht nur die Energieeffizienz beeinträchtigt, sondern auch das Risiko von Lastschäden erhöht.
• Solardachziegel sorgen als Dacheindeckung nicht nur für den Schutz des Hausinneren vor äußeren Witterungseinflüssen, sie tragen auch dazu bei, dass die Wärme aus dem Gebäude weniger schnell entweicht. Dadurch ist die Temperatur unter den Ziegeln tendenziell höher als unter Aufdach-Solarmodulen, was ein schnelleres Abschmelzen von Schnee und Eis begünstigt.
• Die nahtlose Integration ins Dach verhindert möglicherweise, dass die Solardachziegel im idealen Neigungswinkel zur Sonne ausgerichtet sind. Im Winter, wenn die Sonneneinstrahlung ohnehin geringer ist, könnte damit Energieerzeugung niedriger als im Sommer sein. Bei einer Aufdachanlage könnte die Sonneneinstrahlung bei der Planung einfacher berücksichtigt und über das Gestell soweit möglich optimiert werden, so dass die Gesamtperformance im Winter besser ausfallen kann. 

Solardachziegel mit Technologie von Autarq gelten als harte Bedachung und bieten damit bereits eine hohe Widerstandsfähigkeit. Die laufende Optimierung der Solardachziegel zielt auch darauf ab, sie ­aller Voraussicht nach in 2025 durch ein akkreditiertes Testlabor in die höchste Hagelschutzklasse 5 einordnen zu lassen.

Hagelschutzklasse 5 bei Solardachziegeln:

• Höchste Widerstandsfähigkeit: Solardachziegel, die der Hagelschutzklasse 5 entsprechen, werden gegen sehr große Hagelkörner resistent sein, die mit hoher Geschwindigkeit aufprallen. Diese Klasse gibt die Widerstandsfähigkeit gegen Hagelkörner mit einem Durchmesser von mindestens 50 mm wieder, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 30 m/s (etwa 108 km/h) auf das Produkt treffen.
• Material und Konstruktion: Solardachziegel, die diese hohe Schutzklasse erreichen, sind typischerweise aus sehr robusten Materialien wie gehärtetem Glas oder hochfesten Kompositmaterialien gefertigt. Ihre Konstruktion ist speziell darauf ausgelegt, die harten Aufschläge zu absorbieren.
• Vorteile: Der Hauptvorteil von Solardachziegeln mit Hagelschutzklasse 5 ist die erhöhte Sicherheit gegen Witterungsschäden, was besonders in Regionen wichtig ist, in denen häufig starker Hagel auftritt. Dies kann langfristig zu geringeren Wartungs- und Reparaturkosten führen.

Solardachziegel: Effizient, attraktiv, fortschrittlich – und einfach zu verlegen

Kurz und knapp: ja! Solange Sonnenlicht auf eine Solaranlage trifft, erzeugt diese Strom. Das gilt im Übrigen auch für Solarthermie bzw. Warmwasser (über) Solar im Winter. Solarthermische Kollektoren benötigen wie Solarzellen in Modulen direktes oder diffuses Sonnenlicht, um Wärme zu erzeugen und sind deswegen auch bei niedrigen Lichtverhältnissen funktionsfähig.

Wieviel Strom produziert eine PV-Anlage im Winter?

Der Ertrag einer Photovoltaikanlage im Winter hängt stark von verschiedenen Faktoren ab, wie:

• geografischer Lage, 
• Wetterbedingungen, 
• Ausrichtung und Neigung der Solarmodule, sowie 
• der Anwesenheit von Schnee oder Eis auf der Anlage. 

Die ungefähre Anlagenleistung je Tag lässt sich stark vereinfacht berechnen, indem die Anlagenleistung mit den durchschnittlichen Betriebsstunden pro Tag multipliziert wird. 

Was bringt eine PV-Anlage im Winter? 

Aufgrund der kürzeren Tage und dem niedrigeren Sonnenstand ist die Stromerzeugung von Solaranlagen im Winter niedriger als im Sommer. Trotzdem bleibt Solarstrom auch im Winter eine wichtige Energiequelle, insbesondere an klaren sonnigen Wintertagen. Hinzu kommt, dass Solarzellen bei kühleren Temperaturen effizienter arbeiten, was einen Teil der nachteiligen Effekte ausgleichen kann. Wichtig ist allerdings, dass die Solarzellen nicht von Schnee bedeckt sind, damit sie Energie erzeugen können.

Muss ich meinen PV-Speicher im Winter abschalten?

Nein. In der Regel ist es nicht nötig, einen PV Speicher im Winter abzuschalten. Die Speicher sind so konzipiert, dass sie das ganze Jahr über Strom speichern und wieder abgeben, auch bei kalten Temperaturen. Dennoch sollten einige Punkte beachtet werden:

• Der empfohlene Temperaturbereich, der beispielsweise für Lithium-Ionen-Batterien, die häufig in Hausspeichersystemen verwendet werden, zwischen 0 °C und 30 °C liegt. Temperaturen darunter oder darüber können die Effizienz beeinflussen. 
• Der Bedarf besonderer Schutzmaßnahmen wie internen Heizmechanismen, die Batteriespeicher bei zu niedrigen Temperaturen – unter 0°C – erwärmen und so Leistung und Langlebigkeit der Batterie erhalten.
• Eine ausreichende Isolierung, sofern der Batteriespeicher in einem Bereich, der extremen Temperaturen ausgesetzt ist, installiert wird. Dazu zählen zum Beispiel unausgebaute Garagen oder Außengebäude.
• Die Herstellerempfehlungen bezüglich der Betriebstemperaturen oder weiterer Anweisungen, die beachtet werden sollten, um die Garantie und Funktionalität nicht zu gefährden.