Erzeugt eine Solaranlage auch bei bewölktem Himmel Strom? Ja! Erfahren Sie, wie viel Leistung Photovoltaik auch ohne direkte Sonne liefert.
Eine der häufigsten Fragen zur Photovoltaik lautet: Funktioniert Photovoltaik auch ohne Sonne? Die kurze Antwort: Ja, Photovoltaikanlagen erzeugen auch bei bewölktem Himmel, bei Regen und sogar bei Schnee Strom – allerdings deutlich weniger als bei direkter Sonneneinstrahlung. In diesem Beitrag erklären wir detailliert, wie sich verschiedene Wetterbedingungen auf die Leistung einer PV-Anlage auswirken.
Um diese Frage zu verstehen, muss man zwischen direkter und diffuser Strahlung unterscheiden. Direkte Strahlung kommt geradlinig von der Sonne und wirft scharfe Schatten. Diffuse Strahlung entsteht, wenn Sonnenlicht in der Atmosphäre an Wolken, Staub und Wasserdampf gestreut wird. Sie kommt aus allen Richtungen des Himmels und erzeugt keine Schatten. An einem bewölkten Tag besteht die Strahlung fast ausschließlich aus diffusem Licht.
Moderne Solarzellen können sowohl direkte als auch diffuse Strahlung in Strom umwandeln. Bei geschlossener Wolkendecke erreicht die Einstrahlung typischerweise 10 bis 30 Prozent des Wertes bei klarem Himmel. Die PV-Anlage erzeugt also auch an bewölkten Tagen Strom, wenn auch deutlich weniger. Bei leichter Bewölkung oder dünnen Wolken können noch 50 bis 70 Prozent der Maximalleistung erreicht werden.
Interessant ist der sogenannte Lensing-Effekt: Wenn die Sonne am Rand einer Wolke erscheint, kann das Licht durch die Wolke wie durch eine Linse verstärkt werden. In diesen kurzen Momenten kann die Einstrahlung sogar höher sein als bei wolkenlosem Himmel, was zu kurzzeitigen Leistungsspitzen führt, die über der Nennleistung der Anlage liegen können. Dieser Effekt ist zeitlich begrenzt, zeigt aber, dass Wolken die Solarstromerzeugung nicht nur hemmen, sondern gelegentlich auch begünstigen können.
Bei Regen ist die Stromerzeugung naturgemäß gering, da dichte Regenwolken nur wenig Licht durchlassen. Typische Werte liegen bei 5 bis 15 Prozent der Maximalleistung. Allerdings hat Regen auch einen positiven Nebeneffekt: Er reinigt die Module von Staub und Schmutz und verbessert so die Leistung nach dem Regenschauer. Zudem kühlt der Regen die Module, was den Wirkungsgrad leicht verbessert.
Schnee auf den Modulen reduziert die Stromerzeugung stark bis auf null, solange die Fläche bedeckt ist. Allerdings rutscht Schnee von glatten, schräg montierten Modulen relativ schnell ab, insbesondere wenn die Module sich durch die geringe Reststrahlung erwärmen. Eine dünne Schneeschicht kann sogar als Reflektor wirken und die diffuse Strahlung auf die Module verstärken, sobald der direkt auf den Modulen liegende Schnee abgerutscht ist.
Nebel reduziert die Einstrahlung erheblich und senkt die Leistung der PV-Anlage auf etwa 10 bis 20 Prozent. In nebelreichen Regionen, beispielsweise in Flusstälern, sollte dies bei der Planung berücksichtigt werden. Im Jahresverlauf sind nebelreiche Perioden jedoch in der Regel auf wenige Wochen begrenzt und fallen typischerweise in die ohnehin ertragsschwachen Herbst- und Wintermonate.
Die Jahreszeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung einer PV-Anlage in Deutschland. Im Juni produziert eine typische Anlage etwa fünfmal so viel Strom wie im Dezember. Dies liegt nicht nur an der Sonnenscheindauer, die im Sommer bei 15 bis 16 Stunden liegt und im Winter bei nur 7 bis 8 Stunden, sondern auch am Einfallswinkel der Sonne. Im Sommer steht die Sonne hoch am Himmel, im Winter flach, was die Energiedichte pro Quadratmeter Modulfläche beeinflusst.
Die Schwachlichtleistung ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Solarmodulen. Hochwertige Module mit guter Schwachlichtperformance erzeugen bei niedrigen Einstrahlungswerten proportional mehr Strom als günstige Module. Heterojunction-Zellen und Module mit optimierten Antireflexionsbeschichtungen zeigen hier besonders gute Ergebnisse. Bei der Modulauswahl für Standorte mit häufiger Bewölkung sollte daher auf die Schwachlichtdaten geachtet werden.
Für den Alltag bedeutet dies: Auch in Deutschland, das nicht gerade als Sonnenparadies gilt, erzeugt eine Photovoltaikanlage zuverlässig Strom. Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung in Deutschland liegt bei 1000 bis 1200 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr. Eine gut geplante 10-kWp-Anlage erzeugt in Deutschland jährlich etwa 9000 bis 11.000 Kilowattstunden Strom – genug, um den Bedarf von zwei bis drei Haushalten zu decken.
Die Kombination einer PV-Anlage mit einem Batteriespeicher gleicht die täglichen Schwankungen aus. Überschüssiger Strom aus den sonnigen Stunden wird gespeichert und abends sowie nachts genutzt. Für die saisonalen Schwankungen zwischen Sommer und Winter bietet die Netzeinspeisung mit Vergütung einen finanziellen Ausgleich: Im Sommer wird mehr eingespeist und vergütet, im Winter mehr aus dem Netz bezogen.
Fazit: Photovoltaik funktioniert auch ohne direkte Sonne, wenn auch mit reduzierter Leistung. Dank der Nutzung diffuser Strahlung erzeugt eine PV-Anlage an fast jedem Tag des Jahres Strom. Die Jahreserträge in Deutschland sind ausreichend für eine wirtschaftliche Nutzung, und mit Batteriespeichern lässt sich die Eigenversorgung weiter optimieren.