Leistungsabfall von Photovoltaikanlagen bei Hitze und unterschiedlichen Wetterlagen

Die Gesamtleistung der in Deutschland installierten Photovoltaikanlagen erreicht ihr Maximum nicht an besonders heißen Sommertagen, wie es auf den ersten Blick zu vermuten wäre. Der mit zunehmender Temperatur der Module abnehmende Wirkungsgrad ist der wichtigste Grund dafür, aber nicht der einzige.

Der Wirkungsgrad von Solarmodulen nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Für die am häufigsten verwendeten Module auf Siliziumbasis sinkt die Leistung pro Grad Temperaturanstieg typischerweise um 0,35 bis 0,45 Prozent. Der genaue Wert hängt vom Modultyp ab und wird vom Hersteller als Temperaturkoeffizient im technischen Datenblatt angegeben.

Entscheidend ist die Temperatur der Module selbst, nicht die der Umgebungsluft. Messungen zeigen, dass an besonders heißen Sommertagen die Abnahme des Wirkungsgrads dazu führt, dass trotz maximaler Sonneneinstrahlung die Leistung der Module geringfügig niedriger ist als an einigen sonnigen Frühlingstagen.

Der Leistungsverlust bei sehr hohen Außentemperaturen zeigt sich besonders gut in den Sommermonaten.

Am besonders heißen Tagen wie im Juni müssten die deutschen Photovoltaikanlagen eigentlich die höchste Leistung des Jahres erbringen. Das stimmt aber häufig nicht: Noch höhere Leistungen werden durchschnittlich zwischen Ende April und Ende Mai erzielt.

Der niedrigere Wirkungsgrad aufgrund der extrem hohen Temperatur während der Sommersonnenwende Ende Juni ist ein wichtiger Grund für den leichten Leistungsverlust.

Möglicherweise trägt aber auch der Neigungswinkel der Photovoltaik-Module dazu bei. Längst nicht alle Solaranlagen sind durch eine Aufständerung optimal auf die Sommersonne ausgerichtet. Für eine typische Dachanlage ist der Neigungswinkel durch die Steilheit des Dachs vorgegeben.

Dies führt oft dazu, dass die Module besser auf den flacheren Stand der Sonne im Frühjahr und im Herbst ausgerichtet sind. Weil aber nirgends die Neigungswinkel aller PV-Anlagen erfasst sind, lässt sich dieser Effekt nicht exakt beziffern.

Ein wenig kompliziert ist die Auswirkung der Luftfeuchtigkeit auf die Leistung der Solaranlagen. Überraschend war die Erkenntnis, dass nicht etwa ein wolkenloser blauer Himmel für maximale Leistung sorgt, sondern eine leichte Bewölkung. Also die Wetterlage, die vielleicht am einfachsten als „bayerischer Postkartenhimmel“ beschrieben wird.

Die weißen Wolken streuen dabei Licht in Richtung Erde und es stellt sich heraus, dass dieser Effekt schwerer wiegt als die leichte Absorption durch die Wolken. Wenn Wasserdampf zu Wolken kondensiert, kann er also sogar die Leistung der Photovoltaik verbessern.

Wenn die Luft besonders heiß ist, kann sie aber mehr Wasserdampf aufnehmen, ohne dass dieser kondensiert. In diesem Fall wirkt der Wasserdampf ähnlich wie Nebel. Der Anteil der direkten Sonneneinstrahlung sinkt, dafür steigt der Anteil des diffusen Streulichts.

Solarmodule können dieses Streulicht deutlich schlechter verwerten als direkte Einstrahlung. In Kombination mit einer hohen Luftfeuchtigkeit kann also auch eine hohe Lufttemperatur zu Leistungseinbußen führen. Fazit: Der Zusammenhang zwischen PV-Leistung und Bewölkung ist nicht linear und hängt stark von der Art der Wolken, Luftfeuchtigkeit, Sonnenstand und Streulicht ab.

Fazit: Bei dünner, heller Bewölkung kann die PV-Leistung kurzzeitig höher sein als bei wolkenlosem Himmel. Das liegt an sogenanntem „Wolkeneffekt“ oder „Cloud Enhancement“: Die Wolken reflektieren zusätzlich Sonnenlicht auf die Module, sodass kurzzeitig mehr Strahlung ankommt als ohne Wolken. Das betrifft nur leichte, helle, hochstehende Wolken, oft bei Cumulus-Wolken an warmen Frühlingstagen.