Leistungsabfall von Photovoltaikanlagen bei Hitze und unterschiedlichen Wetterlagen

• Wie beeinflusst Hitze Solarmodule? Hohe Temperaturen reduzieren die elektrische Spannung der Solarmodule, was zu einem messbaren Leistungsabfall der gesamten Photovoltaik-Anlage führt. Da Halbleiter bei Wärme an Leitfähigkeit gewinnen, sinkt der Wirkungsgrad der Photovoltaik-Zellen proportional zur Erwärmung über dem Standardwert von 25 Grad.
• Was ist der Temperaturkoeffizient? Der Temperaturkoeffizient gibt an, um wie viel Prozent die Leistung der Solarmodule pro Grad Celsius Erwärmung sinkt. Ein niedriger Wert bei hochwertigen Photovoltaik-Paneelen garantiert stabilere Erträge im Sommer, da die hitzebedingten Verluste der Nennleistung bei intensiver Sonneneinstrahlung geringer ausfallen.
• Wie hoch ist der Leistungsverlust? Pro Grad über der Standard-Prüftemperatur verlieren herkömmliche Solarmodule etwa 0,35 bis 0,45 Prozent ihrer Spitzenleistung. An heißen Tagen kann die Photovoltaik-Leistung dadurch um bis zu zwanzig Prozent einbrechen, weshalb eine effektive Kühlung für die Wirtschaftlichkeit der installierten Solaranlage entscheidend ist.
• Hilft Hinterlüftung gegen Ertragsverlust? Eine fachgerechte Hinterlüftung führt gestaute Wärme unter den Solarmodulen ab und minimiert so den hitzebedingten Leistungsabfall der Photovoltaik-Komponenten. Durch den natürlichen Kamineffekt bleibt die Betriebstemperatur der Zellen niedriger, was den Wirkungsgrad stabilisiert und die jährliche Stromproduktion Ihrer Solaranlage messbar optimiert.
• Welche Module sind hitzebeständiger? Moderne Glas-Glas-Solarmodule oder spezielle n-type Zellen weisen oft einen besseren Temperaturkoeffizienten auf als Standardmodule. Diese technologischen Variationen reduzieren die thermische Degradation der Photovoltaik-Anlage, wodurch auch bei extremer Sommerhitze eine konstant hohe Energieausbeute pro Quadratmeter Dachfläche gewährleistet werden kann.

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.