Wie gut funktionieren PV-Anlagen im Winter?
Das Wichtigste in Kürze:
- PV-Anlagen erzeugen auch im Winter Strom, und zwar rund ein Drittel ihrer Jahresleistung.
- Kalte Temperaturen verbessern die Effizienz der Module, daher liefern sonnige, aber kühle Wintertage häufig mehr Strom als heiße Sommertage mit gleicher Sonneneinstrahlung.
- Empfehlenswert ist die Kombination aus Wärmepumpe und PV-Anlage, da so der selbst erzeugte Strom direkt und kostengünstig zum Heizen genutzt werden kann – vor allem in der kalten Jahreszeit eine Entlastung für die Stromrechnung.
- Ein Stromspeicher erhöht die Winterleistung, indem tagsüber erzeugter Solarstrom zwischengespeichert und abends, zum Beispiel für Heizbedarf, genutzt werden kann. Das macht die PV-Anlage auch bei geringer Direktproduktion effizienter.
Sollte eine PV-Anlage im Winter ausgeschaltet werden?
Diese Frage stellen sich manche Betreiber:innen von privaten PV-Anlagen. Die dieser Frage zugrunde liegende Annahme, dass der Stromverbrauch der Anlage im Winter höher sei als ihr Ertrag, ist allerdings ein Irrglaube. Es stimmt also nicht, dass man PV-Anlagen im Winter ausschalten sollte, um Strom zu sparen. PV-Anlagen produzieren selbst bei weniger Sonnenstunden, Kälte und Schnee sehr zuverlässig Strom.
Was ist Globalstrahlung, und wie beeinflusst sie den PV-Ertrag im Winter?
Der Ertrag einer Photovoltaikanlage hängt nicht nur im Winter, sondern auch im Sommer von der sogenannten „Globalstrahlung“ ab, welche die gesamte Sonneneinstrahlung bezeichnet, die auf die Erdoberfläche trifft. Dabei steht der Begriff „global“ nicht für die gesamte Sonneneinstrahlung auf der ganzen Welt, sondern dafür, dass zwei verschiedene Strahlungsarten zusammengefasst werden:
· Direktstrahlung: Sie trifft direkt von der Sonne auf die Solarmodule.
· Diffusstrahlung: Sonneneinstrahlung, die durch Streuung und Reflexion, etwa durch Wolken, Nebel oder Luftverschmutzung, auf die Solarmodule trifft.
Die Globalstrahlung kann dadurch an verschiedenen Orten unterschiedlich ausfallen. Gemessen wird sie in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) – je höher dieser Wert, desto mehr Sonnenenergie erreicht die Erdoberfläche und die PV-Anlage.
Alle zehn Jahre veröffentlicht der Deutsche Wetterdienst (DWD) eine Karte, die die mittlere Jahressumme der Globalstrahlung in Deutschland über die vergangenen 30 Jahre zeigt. Für den Zeitraum von 1991 bis 2020 wurden Jahreswerte zwischen 975 und 1259 kWh/m² gemessen, wobei der Durchschnitt bei 1086 kWh/m² liegt. Diese große Bandbreite ergibt sich aus den regional stark unterschiedlichen Sonneneinstrahlungen: Während die Werte in der norddeutschen Tiefebene im unteren Bereich liegen, erreichen sie in weiten Teilen Bayerns und Baden-Württembergs die oberen Messwerte. Mittlere Globalstrahlungswerte wurden in Mitteldeutschland und den östlichen Regionen ermittelt.
Aber nicht nur regional fallen die Messungen unterschiedlich aus, sondern auch saisonal. Die nachfolgende Tabelle zeigt, wie hoch die Globalstrahlung in den Sommer- und Wintermonaten war:
Gesamter Erhebungszeitraum: 1991–2020 | Minimalstrahlung | Maximalstrahlung | Durchschnittsstrahlung |
Januar | 15 kWh/m2 | 50 kWh/m2 | 23 kWh/m2 |
Februar | 29 kWh/m2 | 79 kWh/m2 | 40 kWh/m2 |
März | 70 kWh/m2 | 114 kWh/m2 | 75 kWh/m2 |
April | 112 kWh/m2 | 133 kWh/m2 | 123 kWh/m2 |
Mai | 141 kWh/m2 | 173 kWh/m2 | 157 kWh/m2 |
Juni | 149 kWh/m2 | 181 kWh/m2 | 165 kWh/m2 |
Juli | 147 kWh/m2 | 181 kWh/m2 | 164 kWh/m2 |
August | 128 kWh/m2 | 156 kWh/m2 | 141 kWh/m2 |
September | 84 kWh/m2 | 109 kWh/m2 | 95 kWh/m2 |
Oktober | 46 kWh/m2 | 75 kWh/m2 | 56 kWh/m2 |
November | 19 kWh/m2 | 46 kWh/m2 | 26 kWh/m2 |
Dezember | 11 kWh/m2 | 38 kWh/m2 | 17 kWh/m2 |
Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD)
Durchschnittlich ergibt sich daraus in Deutschland eine Globalstrahlung von 845 kWh/m2 in den Sommermonaten April bis September und eine Globalstrahlung von 237 kWh/m2 in den Wintermonaten Oktober bis März.
Gut zu wissen: Auch wenn die Jahresverläufe von Globalstrahlung und Photovoltaikertrag nicht exakt übereinstimmen (22 Prozent beziehungsweise 27 Prozent im Winter), liegen sie dennoch in einem ähnlichen Bereich. Wie das Fraunhofer ISE in einer Studie zeigt, kann die Globalstrahlung als maßgeblicher Faktor für den Ertrag und damit auch für die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage angesehen werden. Aber auch der Wirkungsgrad der Solarmodule beeinflusst den Ertrag.
Mit einer Photovoltaikanlage den eigenen Strom erzeugen und nicht nur der Umwelt etwas Gutes tun, sondern auch Kosten sparen: Das lohnt sich nicht nur im Sommer, sondern auch im Winter. enercity unterstützt Sie mit moderner PV- und Speichertechnik sowie individueller Beratung durch Expert:innen.
Wie viel Ertrag erzeugt eine Solaranlage im Winter?
Im Schnitt erzielen Solaranlagen gut ein Drittel ihrer Jahresleistung im Winterhalbjahr (Oktober bis März). Ein Rechenbeispiel: Für ein klassisches Einfamilienhaus wird meist mit einer Zehn-Kilowatt-Peak-Anlage (kWp) geplant. Die Anlage benötigt eine Dachfläche von 50 Quadratmetern und hat einen Wirkungsgrad von 18. Der Wirkungsgrad beschreibt dabei das Verhältnis zwischen einfallendem Sonnenlicht und Stromertrag. Je höher er ist, desto effektiver arbeitet die Anlage. Mit den angenommenen Daten aus unserem Beispiel und der saisonalen Globalstrahlung in Deutschland kann die PV-Anlage im Winter – rein rechnerisch unter idealen Bedingungen – rund 2133 Kilowattstunden (kWh) Strom aus Sonnenenergie produzieren. Das entspricht immerhin dem durchschnittlichen Jahresstromverbrauch eines Dreipersonenhaushalts. Mehr zum Stromverbrauch erfahren Sie in unserem Artikel „Stromverbrauch berechnen“.
Gut zu wissen: Selbst in den drei ertragsschwächsten Monaten November, Dezember und Januar erreicht eine PV-Anlage noch rund 6,1 Prozent ihres Jahresertrags.
Die nachfolgende Tabelle zeigt den monatlichen durchschnittlichen PV-Ertrag für eine Zehn-Kilowatt-Peak-PV-Anlage im Jahresverlauf. Berechnungsgrundlage sind die Daten zur Globalstrahlung von 1991 bis 2020 des DWD sowie folgende Formel:
Globalstrahlung in kWh/m2 x Anlagengröße in m2 x Wirkungsgrad = Ertrag in kWh.
Durchschnittlicher Ertrag einer Zehn-Kilowatt-Peak-PV-Anlage pro Monat:
Monat | Durchschnittlicher PV-Ertrag in Kilowattstunden |
Januar | 207 kWh |
Februar | 360 kWh |
März | 675 kWh |
April | 1107 kWh |
Mai | 1413 kWh |
Juni | 1485 kWh |
Juli | 1476 kWh |
August | 1269 kWh |
September | 855 kWh |
Oktober | 504 kWh |
November | 234 kWh |
Dezember | 153 kWh |
Gesamtjahr | 9738 kWh |
Kälte beeinträchtigt PV-Anlagen nicht
Wie oben erklärt, hat die Globalstrahlung den höchsten Einfluss auf die Leistung beziehungsweise den Ertrag einer PV-Anlage, die winterliche Kälte beeinträchtigt die Leistung von PV-Anlagen hingegen nicht. Im Gegenteil: Sehr hohe Temperaturen verringern den Wirkungsgrad. An kalten, aber sonnigen Wintertagen kann die Stromproduktion daher sogar höher ausfallen als an extrem heißen Tagen im Hochsommer. Denn mit steigender Temperatur sinkt die Spannung, die jede Solarzelle liefert – die Stromstärke steigt zwar an, aber nicht genug, um den Spannungsverlust zu kompensieren. So sinkt die gesamte Leistung, obwohl mehr Sonnenlicht vorhanden ist. Mehr dazu erfahren Sie im Artikel „Wie funktioniert eine Solarzelle?“.
Wann Schnee für eine Solaranlage problematisch wird
Auch Schnee mindert die Leistung einer Solaranlage im Winter nicht, er kann den Ertrag durch die Reflexion des Sonnenlichts sogar erhöhen. Bis zu einer Dicke von 15 Zentimetern können Sonnenstrahlen die auf der Anlage liegende Schneeschicht durchdringen. Liegt mehr Schnee, sollte die Solaranlage von der Schneelast befreit werden, damit sie weiterhin richtig funktioniert. Beauftragen Sie dafür unbedingt einen Fachbetrieb, um Schäden an der Anlage zu vermeiden. Meist rutscht der Schnee durch den Neigungswinkel des Dachs jedoch allein von den Solarmodulen. Bei Flachdächern werden die Module ebenfalls in einem Neigungswinkel auf Montagesystemen installiert.
Extreme Mengen Schnee können die Anlage beschädigen. Allerdings halten die meisten Module einer Belastung von maximal 5400 Pascal (Pa) stand – das entspricht rund 540 Kilogramm Schnee pro Quadratmeter. Zum Vergleich: In der „Schneelastzone 3“, die die schneereichsten Regionen Deutschlands umfasst, beträgt die durchschnittliche Jahresbelastung rund 110 Kilogramm pro Quadratmeter. Selbst ein Winter mit viel Schnee schadet einer Solaranlage also eher nicht.
Solarstrom im Winter: Auf Verschattung und Neigungswinkel achten
Damit Solaranlagen im Winter mit größter Effizienz funktionieren, sollte schon bei der Installation darauf geachtet werden, dass sie im Winter nicht verschatten. Zudem kann ein steilerer Neigungswinkel den Ertrag im Winter erhöhen. Insgesamt gilt aber, dass der Winkel so ausgerichtet sein sollte, dass er über das ganze Jahr hinweg betrachtet optimale Erträge erzielt. Bei der Bestimmung des richtigen Installationsortes und des idealen Neigungswinkels helfen die regionalen Fachbetriebe oder unsere enercity-Expert:innen unter der Telefonnummer 0511 430 2555.
Welche Ausrichtung ist für eine PV-Anlage im Winter sinnvoll?
Da Expert:innen die Ausrichtung einer Solaranlage am Jahresertrag festmachen, bedeutet das in der Regel eine Süd-Ost- bis Süd-West-Ausrichtung. Sollen PV-Anlagen beispielsweise für sehr schneereiche Regionen optimiert werden, empfiehlt sich hingegen oft eine Ost-West-Ausrichtung sowie die Splittung der Anlage in zwei Teilsysteme, von denen je eins auf der Ost- und eins auf der Westseite des Dachs installiert wird. So fällt mehr Sonnenlicht auf die Solarmodule.
Häufig werden die Solarmodule in schneereichen Regionen zusätzlich in einem Winkel von 55 Grad aufgestellt, um den niedrigen Sonnenstand im Winter besser ausgleichen zu können. Meist raten Expert:innen bei Ferienhäusern in Skigebieten dazu, denn diese haben im Winter Hochsaison und sollten einen möglichst großen Teil ihres Stroms selbst produzieren. In den meisten Fällen ist es aber gar nicht notwendig, die Ausrichtung der Anlage für den Winterbetrieb zu optimieren.
Speicher als sinnvolle Ergänzung für Photovoltaik im Winter
Trotz geringerer Erträge rechnet sich Solarenergie im Winter, besonders in Kombination mit einem Stromspeicher. Ein Stromspeicher kann problemlos an jede Photovoltaikanlage angeschlossen werden und muss nach der Inbetriebnahme bei der Bundesnetzagentur angemeldet werden. Er hilft dabei, den selbst erzeugten Solarstrom effizienter zu nutzen und die Abhängigkeit von externen Stromquellen zu verringern. Der Speicher ermöglicht es, überschüssigen Solarstrom aus sonnenreichen Perioden zu speichern und in sonnenärmeren Phasen zu nutzen.
Dabei kann der selbst produzierte Strom auch verwendet werden, um Warm- und Heizwasser zu erwärmen und strombetriebene Heizsysteme wie Wärmepumpen zu betreiben. Dies erhöht den Eigenverbrauch und spart gleichzeitig Kosten. Der größte Nutzen eines Stromspeichers zeigt sich im Sommer, wenn besonders viel überschüssiger Solarstrom produziert wird. Aber auch im Winter kann ein Stromspeicher einen wertvollen Beitrag leisten, um den Energiebedarf zu decken und den Eigenverbrauch zu erhöhen. Abschalten sollten Sie den PV-Speicher also im Winter nicht.
Heizen mit Solarstrom
Der Einsatz von Solarenergie kann sich auch lohnen, um damit zumindest zeitweise eine Wärmepumpe zu betreiben. Denn Wärmepumpen brauchen Strom für den Betrieb. Wird dieser Strom mit einer Solaranlage erzeugt, arbeitet die Wärmepumpe CO2-neutral. Ebenso lohnt sich der Einsatz für energiefressende Nachtspeicherheizungen – dann in Kombination mit einem Stromspeicher. Auch andere Elektroheizungen können unter Umständen damit betrieben werden. Allerdings ist der Einsatz von Elektroheizungen nicht in jeder Situation empfehlenswert, da sie verhältnismäßig viel Strom verbrauchen. Andere Heizsysteme sind im Vergleich sparsamer und günstiger.
Wie Sie Ihre Wärmepumpe mit einer PV-Anlage optimieren, erfahren Sie in unserem Artikel „PV und Wärmepumpe kombinieren“.
Sie haben noch weitere Fragen zum Thema „PV-Anlage im Winter“? Die Antworten gibt es in unseren FAQs:
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