Photovoltaik im Winter: was die Anlage jetzt wirklich liefert

Wie viel liefert die Anlage im Dezember und Januar?

Im Dezember sieht jede Photovoltaikanlage schwach aus. Das ist kein Defekt und kein Auslegungsfehler, sondern der Jahresverlauf der Sonne. Trotzdem lohnt es sich, den Einbruch einmal in Zahlen anzusehen, statt ihn zu schätzen.

PVGIS, das Rechenmodell der Europäischen Kommission, kommt für einen Standort in der Ortenau bei Südausrichtung, 35 Grad Neigung und 14 Prozent Systemverlusten auf rund 1.116 Kilowattstunden je Kilowatt peak im Jahr. Über die Monate verteilt sich das sehr ungleich.

Liegt der Wintereinbruch an der Kälte oder am Sonnenstand?

Der Grund steht am Himmel und nicht im Thermometer. Zur Wintersonnenwende am 21. Dezember erreicht die Sonne an diesem Standort mittags 18,1 Grad über dem Horizont. Zur Sommersonnenwende sind es 65 Grad. Flaches Licht legt einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurück und trifft die Modulfläche in einem ungünstigen Winkel. Dazu kommt die kurze Tageslänge: Die Stunden, in denen überhaupt etwas zu holen ist, sind im Dezember knapp bemessen.

Der zweite Punkt ist die Art des Lichts. Im Mittel der Jahre 2016 bis 2020 sind im Dezember und im Januar rund zwei Drittel der waagerecht einfallenden Globalstrahlung diffus, im Juli rund vier Zehntel. Je nach Jahr schwankt der Dezemberwert zwischen 43 und 77 Prozent. Diffuses Licht ist nutzbar, ein Modul arbeitet auch unter einer geschlossenen Wolkendecke weiter. Nur bietet dieses Licht deutlich weniger Energie je Quadratmeter an als direkte Sonne.

Dazu kommt der Nebel. Strahlungsnebel entsteht, wenn die Erdoberfläche nachts auskühlt und die bodennahe Luftschicht unter den Taupunkt fällt. Der Deutsche Wetterdienst beschreibt, dass er sich im gegliederten Bergland bevorzugt in Senken, Mulden und Tälern sammelt, während die Bergspitzen häufig oberhalb des Nebels liegen. Im Lauf des Vormittags hebt sich die Nebelschicht oft nur vom Boden ab und wird zu Hochnebel. Für die Anlage auf dem Dach ändert das wenig, weil die direkte Strahlung weiter fehlt.

Genau deshalb bleiben winterliche Hochdrucklagen tagelang ertragsschwach, obwohl es von unten längst nicht mehr neblig aussieht. Und genau deshalb können zwei Anlagen im selben Landkreis an solchen Tagen sehr unterschiedlich liefern, je nachdem, ob sie in der Talsohle stehen oder am Hang darüber.

Bringt Kälte den Modulen sogar mehr Leistung?

Ein Solarmodul verliert mit steigender Temperatur an Leistung. Dieser Zusammenhang steht in jedem Datenblatt, und im Winter arbeitet er zu Ihren Gunsten. Ein Beispiel aus dem Datenblatt eines aktuellen Moduls: Der Temperaturkoeffizient der Leistung liegt dort bei minus 0,29 Prozent je Grad Celsius. Ein Modul, das bei null Grad arbeitet, liefert bei gleicher Einstrahlung also rund 7 Prozent mehr als unter den Normbedingungen mit 25 Grad.

Auch im trüben Licht arbeiten Module weiter. Dasselbe Datenblatt gibt bei einer Einstrahlung von 200 Watt je Quadratmeter, also bei bedecktem Winterhimmel, eine relative Wirkungsgradreduzierung von 3 Prozent an. Das Modul verliert bei wenig Licht kaum an Güte, es bekommt schlicht weniger Energie angeboten.

Der Winter ist ein Lichtproblem, kein Temperaturproblem. Ein klarer, kalter Januartag mit tiefem Sonnenstand kann einer Anlage deutlich mehr bringen als ein grauer, milder.

Was kostet Schnee auf dem Dach an Ertrag?

Liegt eine geschlossene Schneedecke auf den Modulen, geht der Ertrag für diese Zeit praktisch auf null. Daran ist nichts schönzureden, das ist Verschattung in ihrer vollständigsten Form.

Auf geneigten Dächern rutscht die Auflage in der Regel von selbst ab, sobald die glatte Glasfläche antaut und der Schnee den Halt verliert. Wie schnell das geht, hängt von der Neigung, von der Schneeart und von der Witterung danach ab. Nach Eisregen oder bei Pulverschnee auf einer Reifschicht kann es länger dauern.

Vom Räumen in Eigenregie raten wir ab. Ein verschneites Steildach zu betreten ist gefährlich, und wer mit Schieber oder Besen über die Module geht, riskiert Schäden an der Glasoberfläche und an den Zellen darunter, die man von unten nicht sieht. Wir schicken für diese Arbeit auch keine eigenen Leute aufs Dach.

Rechnen Sie dagegen, worum es überhaupt geht. Der Dezember trägt in der Modellrechnung oben rund 3,6 Prozent zum Jahresertrag bei. Selbst wenn die Module dort eine Woche unter Schnee liegen, betrifft das einen kleinen Bruchteil des Jahres. Wie groß der Verlust im Einzelfall ausfällt, hängt davon ab, wie lange die Auflage liegen bleibt.

Bleibt die Frage nach dem Gewicht. Das Datenblatt des oben genannten Moduls nennt eine zulässige Last von 3.600 Pascal auf Druck und eine Testlast von 5.400 Pascal nach IEC 61215-2. Diese Werte gelten für dieses eine Modul. Über die Module auf Ihrem Dach sagen sie nichts, und über die Schneelastreserve der Dachkonstruktion darunter erst recht nichts. Wenn Sie daran Zweifel haben, klären wir das am Objekt.

Lässt sich eine Anlage auf den Winter auslegen?

Eine steilere Fläche fängt die flache Wintersonne besser ein. Am selben Standort bringt eine Südfläche mit 60 Grad Neigung im Dezember rund 46,8 statt 40,1 Kilowattstunden je Kilowatt peak, also rund 17 Prozent mehr. Über das Jahr kommt sie dafür auf rund 1.058 statt 1.116 Kilowattstunden, also rund 5 Prozent weniger.

Für ein bestehendes Dach ist das kein Umbaugrund. Das Fraunhofer ISE hat den Zusammenhang für den nahe gelegenen Standort Freiburg durchgerechnet und hält fest, dass das Ertragsmaximum um die Ausrichtung Süd bei 40 Grad Neigung flach ausgebildet ist und geringe Abweichungen kaum Einfluss auf den Ertrag haben. In der zugehörigen Tabelle liegen Süd mit 30 Grad und Süd mit 50 Grad bei 99 Prozent des Maximums, Süd mit 60 Grad bei 95 Prozent. Das deckt sich mit der eigenen Rechnung oben.

Interessant wird die Überlegung dort, wo die Neigung noch offen ist: bei einer Aufständerung auf dem Flachdach, an einer Fassade oder an einer Balkonbrüstung. Solche Flächen stehen ohnehin steil und verschieben den Ertrag anteilig in den Winter. Wer den Winter gezielt stärken möchte, hat dort den Hebel.

Wichtiger als die Gradzahl ist meist die Frage davor: Sieht die Fläche im Dezember überhaupt Sonne? Bei 18 Grad Sonnenhöhe wirft ein Nachbargiebel einen sehr langen Schatten. Das schauen wir uns vor der Planung an, und zwar für den Winterstand, nicht nur für den Sommer. Wie wir dabei vorgehen, steht bei den Photovoltaikanlagen.

Kann ich mich im Winter mit Photovoltaik selbst versorgen?

Wer eine Anlage kauft, um im Winter unabhängig vom Netz zu sein, kauft das Falsche. Das ist kein Argument gegen Photovoltaik, sondern eine Frage der Erwartung, und sie gehört vor den Vertrag und nicht in den Januar danach.

Ein Hausspeicher hat eine klare Aufgabe: Er bringt Solarstrom vom Tag in den Abend und in die Nacht. Für den Weg vom Sommer in den Winter ist er nicht gebaut, dafür fehlt ihm die Kapazität um Größenordnungen. Was ein Speicher leistet und wie wir ihn auslegen, steht bei den Stromspeichern.

Dazu kommt die zeitliche Gegenläufigkeit von Bedarf und Angebot. Das Fraunhofer ISE hält fest, dass der Heizwärmebedarf negativ mit der Globalstrahlung korreliert, bei höchster Koinzidenz im Frühjahr. Im Klartext: Wenn Sie am meisten heizen, scheint am wenigsten Sonne. Wie viel Solarstrom eine Wärmepumpe im Januar tatsächlich abbekommt, hängt an Gebäude, Anlagengröße und Nutzerverhalten und lässt sich nicht allgemein beziffern. Das sehen wir uns im Einzelfall an.

Wie ausgeprägt diese Saisonalität ist, lässt sich messen. Das Fraunhofer ISE gibt die mittlere relative Abweichung der Monatswerte vom gleitenden Jahreswert für Photovoltaik mit 53 Prozent an, für Windenergie mit 30 Prozent und für die Summe aus beiden nur mit 14 Prozent. Photovoltaik ist von Natur aus eine Sommertechnologie, und das bleibt sie auch mit Speicher.

Zur Frage nach Förderung: Die Programme und ihre Bedingungen ändern sich laufend, deshalb nennen wir hier bewusst keine. Wir sehen uns das im Beratungsgespräch mit dem Stand an, der dann gerade gilt.

Woran erkenne ich, dass der schwache Winterertrag nicht normal ist?

Ein schwacher Dezember ist kein Grund, an der Anlage zu zweifeln. Ein Dezember, der deutlich unter dem Dezember der Vorjahre liegt, schon.

Vergleichen Sie deshalb nicht mit dem Sommer, sondern mit demselben Monat der Vorjahre. Auffällig wird es, wenn der Ertrag über mehrere Wochen unter dem Vorjahreswert bleibt, obwohl das Wetter vergleichbar war. Ein einzelner schwacher Tag ist Wetter.

Das Fraunhofer ISE nennt als ertragsmindernde Faktoren die Einstrahlungsminderung durch Verschattung, Verschmutzung und Schneeauflage sowie die Veränderung des Wirkungsgrades bei Modultemperatur, Schwachlicht und Schräglicht. Im Winter kommt bei der Verschattung eine Besonderheit dazu: Was im Sommer bei 65 Grad Sonnenhöhe über die Anlage hinweggeht, kann bei 18 Grad mitten in der Ertragszeit liegen. Ein Nachbargebäude, ein Kamin, eine Gaube oder ein Baum, der über die Jahre gewachsen ist, wirft im Dezember einen Schatten, den es im Juni so nicht gibt.

Ob das bei Ihnen der Fall ist, lässt sich nicht am Schreibtisch beurteilen, sondern nur am Objekt. Was wir dafür brauchen, ist der Blick in Ihre Auswertung.