Eine häufige Frage bei der Anschaffung einer Photovoltaik-Anlage lautet: "Funktioniert das auch im Winter?" Die kurze Antwort ist: Ja! Doch die physikalischen Zusammenhänge sind komplex und überraschend.

Sonneneinstrahlung in deutschen Wintermonaten

Die verfügbare Sonnenenergie variiert in Deutschland stark mit den Jahreszeiten. Im Hochsommer (Juni/Juli) erreicht die Globalstrahlung Werte von 180-200 kWh/m² pro Monat, während sie im Winter (Dezember/Januar) auf nur 20-30 kWh/m² sinkt. Das ist ein Faktor von etwa 7-8.

Diese Reduktion hat mehrere Ursachen: Die Sonne steht im Winter deutlich niedriger am Himmel, wodurch die Strahlung einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen muss. Außerdem sind die Tage kürzer – im Dezember scheint die Sonne in Deutschland nur etwa 7-8 Stunden, verglichen mit 16 Stunden im Juni.

Einfluss des Sonnenwinkels

Der Sonnenwinkel hat einen dramatischen Einfluss auf die Energieausbeute. Im Sommer steht die Sonne mittags etwa 60-65° über dem Horizont, im Winter nur 15-20°. Ein niedriger Sonnenwinkel bedeutet, dass die Strahlung eine größere Fläche trifft, was die Intensität pro Quadratmeter reduziert.

Mathematisch lässt sich dies durch den Cosinus des Einfallswinkels beschreiben. Bei einem Sonnenwinkel von 20° (typisch für einen Wintertag) beträgt die effektive Strahlungsintensität nur etwa 34% im Vergleich zu senkrechtem Einfall.

Der überraschende Temperatureffekt

Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass Solarzellen bei hohen Temperaturen am besten funktionieren. Das Gegenteil ist der Fall: Photovoltaik-Module arbeiten bei niedrigen Temperaturen effizienter!

Physikalischer Hintergrund

Die Leistung von Solarzellen wird bei Standard-Testbedingungen (STC) bei 25°C Zelltemperatur gemessen. Steigt die Temperatur darüber, sinkt die Spannung der Zelle, was die Leistung reduziert. Der typische Temperaturkoeffizient für kristalline Siliziumzellen liegt bei -0,4% bis -0,5% pro Kelvin Temperaturerhöhung.

Im Sommer können Module auf dem Dach 60-70°C erreichen. Gegenüber der Referenztemperatur von 25°C bedeutet dies einen Leistungsverlust von 15-20%. Im Winter bei Außentemperaturen um 0°C und wenig Einstrahlung bleiben die Module deutlich kühler, oft unter 15°C, was einen Leistungsgewinn von 4-5% gegenüber STC bedeutet.

Schnee auf Solarmodulen

Schneebedeckte Module produzieren natürlich keinen Strom, da das Licht blockiert wird. Allerdings sind die Auswirkungen in der Praxis meist geringer als befürchtet.

Selbstreinigungseffekt

Moderne Solarmodule haben eine glatte, hydrophobe Glasoberfläche. In Kombination mit der typischen Neigung von 30-45° rutscht Schnee oft von selbst ab, besonders wenn die Module durch diffuses Licht oder minimale Sonneneinstrahlung leicht erwärmt werden.

Die dunkle Oberfläche der Solarzellen absorbiert selbst geringe Lichtmengen und wandelt sie in Wärme um, was eine dünne Schmelzschicht zwischen Schnee und Moduloberfläche erzeugt. Diese wirkt als "Gleitfilm", wodurch der Schnee abrutscht.

Statistischer Einfluss

In Deutschland liegt im Durchschnitt an etwa 15-30 Tagen pro Winter Schnee. Davon sind nur 5-10 Tage mit vollständiger Bedeckung der Module. Der tatsächliche Ertragsverlust durch Schnee beträgt über das Jahr gerechnet nur etwa 2-5% – deutlich weniger als oft angenommen.

Diffusstrahlung und bewölkter Himmel

Ein wichtiger Aspekt der Winterleistung ist die Fähigkeit von PV-Modulen, auch diffuse Strahlung zu nutzen. An bewölkten Tagen erreicht keine direkte Sonnenstrahlung die Erdoberfläche, aber diffuses Licht durch die Wolkendecke.

Nutzung diffuser Strahlung

Moderne Photovoltaik-Module können diffuses Licht effizient in Strom umwandeln. Bei dichter Bewölkung produzieren Module noch 10-25% ihrer Nennleistung. An Tagen mit leichter Bewölkung oder Hochnebel können es sogar 40-60% sein.

Im Winterhalbjahr ist der Anteil diffuser Strahlung an der Gesamteinstrahlung besonders hoch – etwa 60-70% verglichen mit 40-50% im Sommer. Dies kompensiert teilweise die geringere Gesamteinstrahlung.

Optimale Ausrichtung für Winterertrag

Die übliche Empfehlung für PV-Anlagen in Deutschland ist eine Südausrichtung mit 30-35° Neigung. Diese Auslegung maximiert den Jahresertrag. Für höheren Winterertrag gelten andere Optimalwerte.

Steilere Neigung im Vorteil

Eine steilere Neigung von 45-60° verbessert den Winterertrag, da die tief stehende Wintersonne dann näher zum rechten Winkel auf die Modulfläche trifft. Gleichzeitig rutscht Schnee besser ab. Der Nachteil ist ein reduzierter Sommerertrag, wodurch der Jahresgesamtertrag sinkt.

Für Anlagenbesitzer, die hohen Wert auf Winterleistung legen (z.B. bei elektrischer Heizung), kann eine solche Auslegung sinnvoll sein. Eine Neigung von 45° erhöht den Winterertrag um etwa 15-20% gegenüber 30°, reduziert aber den Sommerertrag um 5-10%.

Ost-West-Ausrichtung

Ost-West-ausgerichtete Module (z.B. auf Ost-West-Dächern) haben im Winter einen relativen Vorteil. Die niedrige Wintersonne kommt länger aus östlicher bzw. westlicher Richtung, sodass die Produktion gleichmäßiger über den Tag verteilt ist. Im Sommer, wo die Sonne hoch steht, ist der Nachteil gegenüber Südausrichtung größer.

Typische Wintererträge in Zahlen

Um realistische Erwartungen zu setzen, hier konkrete Ertragszahlen für Deutschland (Standort: 50°N, entspricht etwa Frankfurt/Main):

Eine 10-kWp-Anlage (Südausrichtung, 35° Neigung) erzeugt:

• Januar: 250-350 kWh (2,5-3,5% des Jahresertrags)
• Februar: 450-600 kWh (4,5-6% des Jahresertrags)
• Dezember: 200-300 kWh (2-3% des Jahresertrags)
• Gesamtwinter (Dez-Feb): 900-1.250 kWh (9-12,5% des Jahresertrags)

Zum Vergleich produziert die gleiche Anlage im Juli 1.600-1.800 kWh, also etwa 6-mal so viel wie im Dezember.

Wirtschaftliche Bedeutung der Winterproduktion

Trotz des geringen Anteils am Jahresertrag hat die Winterproduktion wirtschaftliche Relevanz, besonders bei steigenden Strompreisen und sinkender Einspeisevergütung.

Eigenverbrauch im Winter

Da der Haushaltsstromverbrauch im Winter oft höher ist (mehr Beleuchtung, eventuell elektrische Heizungsunterstützung), während die PV-Produktion sinkt, wird ein höherer Anteil des erzeugten Stroms selbst verbraucht. Dies bedeutet maximale Ersparnis, da teurer Netzbezug vermieden wird.

Eine Winterkilowattstunde aus der PV-Anlage spart bei 35 Cent Strompreis 35 Cent, während eine im Sommer eingespeiste kWh nur etwa 8 Cent Einspeisevergütung bringt. Unter diesem Gesichtspunkt ist Winterstrom "wertvoller".

Tipps zur Maximierung des Winterertrags

Mehrere Maßnahmen können den Winterertrag optimieren:

1. Modul-Reinigung vor dem Winter

Saubere Module nutzen das begrenzte Winterlicht optimal. Verschmutzungen von Laub, Staub oder Pollen aus dem Herbst sollten vor dem Winter entfernt werden. Eine professionelle Reinigung kann den Ertrag um 3-7% steigern.

2. Schneeräumung bei langanhaltender Bedeckung

Bei länger als 3-4 Tagen liegendem Schnee kann manuelle Räumung sinnvoll sein, sofern sicher durchführbar. Spezielle Schneeräumer mit weicher Kante vermeiden Kratzer. Wichtig: Niemals heißes Wasser verwenden – Thermospannung kann Risse verursachen!

3. Überwachung und Fehlererkennung

Im Winter sind Leistungseinbußen durch Defekte weniger offensichtlich, da die Produktion generell niedrig ist. Regelmäßige Kontrolle des Monitoring-Systems hilft, Probleme frühzeitig zu erkennen.

4. Batteriespeicher optimal nutzen

Ein Batteriespeicher ist im Winter besonders wertvoll, da er die begrenzte Tagesproduktion für die langen Abend- und Nachtstunden speichert. Die Dimensionierung sollte auch die Wintermonate berücksichtigen.

Langzeitbetrachtung und Klimawandel

Interessanterweise zeigen Langzeitdaten eine leichte Zunahme der Wintererträge in den letzten Jahrzehnten. Dies wird auf den Klimawandel zurückgeführt: Mildere Winter mit weniger Schneetagen und mehr Sonnenstunden erhöhen die verfügbare Solarenergie.

Gleichzeitig nehmen Extremwetterereignisse zu, was zu volatileren Erträgen führen kann. Eine robuste Auslegung mit ausreichendem Speicher wird daher wichtiger.

Fazit

Photovoltaik funktioniert auch im Winter – wenn auch mit deutlich reduzierter Leistung. Die Kombination aus geringer Sonneneinstrahlung und kurzen Tagen führt zu Erträgen von nur 10-15% des Sommerniveaus. Gleichzeitig profitieren die Module von niedrigen Temperaturen, die die Effizienz steigern.

Schnee ist in der Praxis ein geringeres Problem als oft befürchtet, da Module durch ihre Neigung und Oberflächenstruktur meist schnell wieder frei werden. Die Fähigkeit, auch diffuses Licht zu nutzen, ermöglicht Stromproduktion selbst an bewölkten Wintertagen.

Aus wirtschaftlicher Sicht ist Winterstrom wertvoll, da er primär selbst verbraucht wird und teuren Netzbezug ersetzt. Eine sorgfältige Planung unter Berücksichtigung der Wintermonate sowie die Kombination mit einem Batteriespeicher maximieren die Energieunabhängigkeit über das ganze Jahr.

Photovoltaik ist eine Ganzjahrestechnologie, die auch in den Wintermonaten einen wichtigen Beitrag zur privaten Energieversorgung und zum Klimaschutz leistet.