Photovoltaik im Winter: Der umfassende Guide zur Ertragsoptimierung und Kostensenkung
Wenn es um die Photovoltaik im Winter geht, herrschen bei vielen Menschen noch Missverständnisse: Man glaubt, die kurze Sonnenscheinzeit und niedrigen Temperaturen würden den Wirkungsgrad der PV-Anlage drastisch senken oder sogar zur vollständigen Stromerzeugungsunfähigkeit führen. Tatsächlich lässt sich durch eine wissenschaftliche Auswahl, Installation und Betriebsführung auch im Winter ein beachtlicher Ertrag erzielen.
Dieser Artikel analysiert eingehend die Kerngrundlagen und praktischen Vorteile der winterlichen Photovoltaikstromerzeugung und erläutert ausführlich, wie man mithilfe technischer Maßnahmen in Kombination mit einem Balkonkraftwerk mit Speicher das volle Potenzial einer PV-Anlage im Winter ausschöpft – und liefert damit eine umfassende Orientierung für deutsche Haushalte.
Schlüsselfakten zur Stromerzeugung von Photovoltaik im Winter
Physikalische und ökologische Faktoren, die den Winterertrag bestimmen
Der Photovoltaik-Ertrag im Winter in Deutschland wird gemeinsam durch Strahlungsenergie, geografische Lage und Umweltbedingungen bestimmt. Zu den zentralen Einflussgrößen gehören:
Veränderungen in der Zusammensetzung der Globalstrahlung: Globalstrahlung setzt sich aus Direktstrahlung und Diffusstrahlung zusammen. Aufgrund des niedrigen Sonnenstandswinkels im deutschen Winter verlängert sich der Weg des Lichts durch die Atmosphäre, wodurch die Direktstrahlung atmosphärisch stark abgeschwächt wird. Daher lautet die Antwort auf „erzeugt Photovoltaik auch im Winter Strom?“ eindeutig ja, denn die Diffusstrahlung macht im Winter etwa 60 %–80 % der Gesamtstrahlung aus und wird zur wichtigsten Energiequelle.
Sonnenstandswinkel und Luftmasse: Im Januar liegt die Sonnenhöhe zur Mittagszeit in weiten Teilen Deutschlands nur bei etwa 15°–22°. Die verringerte Strahlungsintensität und längere Verschattungen stellen höhere Anforderungen an die Photovoltaik-Leistung im Winter sowie an die Standortwahl.
Temperaturbedingter Wirkungsgradvorteil der Module: Photovoltaikmodule besitzen einen negativen Temperaturkoeffizienten (in der Regel -0,3 %/K bis -0,4 %/K). Bei niedrigen Temperaturen steigt die Beweglichkeit der Ladungsträger im Silizium, wodurch der Umwandlungswirkungsgrad bei 0 °C besser sein kann als unter Standard-Testbedingungen.
Bewölkung und Schwachlichtverhalten: Tiefe Wolkenschichten im Winter verändern die spektrale Zusammensetzung des Lichts. Module mit guter Schwachlichtreaktion können mehr langwellige Strahlung nutzen und so einen stabilen Photovoltaik im Winter Ertrag aufrechterhalten.
Regionale Unterschiede der Sonneneinstrahlung in Deutschland
Der Deutsche Wetterdienst (DWD) veröffentlicht etwa alle zehn Jahre Karten zur mittleren jährlichen Globalstrahlung auf Basis der jeweils vergangenen 30 Jahre. Die Daten zeigen deutliche geografische Unterschiede, die im Winter besonders ausgeprägt sind:
Gebiete mit geringer Einstrahlung: Die Norddeutsche Tiefebene und die Region Sauerland weisen aufgrund maritimer Klimaeinflüsse und topografischer Gegebenheiten niedrigere Strahlungswerte auf.
Gebiete mit durchschnittlicher Einstrahlung: Große Teile Mittel- und Ostdeutschlands liegen ungefähr im bundesweiten Durchschnitt.
Gebiete mit hoher Einstrahlung: Weite Teile Bayerns und Baden-Württembergs profitieren von günstigeren klimatischen Bedingungen und einer vergleichsweise hohen solaren Einstrahlung.
Diese geografischen Faktoren bestimmen unmittelbar, wie viel Strom produziert photovoltaik im Winter in den jeweiligen Regionen. Haushalte in Süddeutschland erreichen in der Regel schneller eine Amortisation ihrer Investition als Nutzer in Norddeutschland.
(Quelle: Deutscher Wetterdienst)
Wie viel Strom produziert Photovoltaik im Winter?
Aufgrund des sehr niedrigen Sonnenstandswinkels im Winter sowie einer Tageslichtdauer, die weniger als die Hälfte des Sommerniveaus beträgt, macht die Photovoltaikstromerzeugung in dieser Phase in der Regel nur rund 20 % der jährlichen Gesamtproduktion aus. Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft typische monatliche Ertragsbereiche pro 1 kWp installierter Nennleistung für eine Region in Mitteldeutschland (bei einer jährlichen mittleren Globalstrahlung von etwa 1 050 kWh/m²):
Monat | Dezember | Januar | Februar | Juni (zum Vergleich) |
Typische Stromerzeugung pro kWp (kWh) | 8–18 kWh | 12–25 kWh | 25–50 kWh | 110–150 kWh |
Anteil an der Jahresstromerzeugung | 0,8 %–1,8 % | 1,2 %–2,5 % | 2,5 %–5,0 % | 11 %–15 % |
Saisonale Faktoren | Sehr niedriger Sonnenstand, kürzeste Tageslichtdauer, geringe Einstrahlung | Zunehmende Sonnenscheindauer, niedrige Temperaturen begünstigen den Modulwirkungsgrad | Höhere Wahrscheinlichkeit für sonnige Tage, Schneereflexion bringt Ertragsgewinn | Längste Tageslichtdauer, Spitzenwerte der Sonneneinstrahlung |
Daraus wird ersichtlich, dass die Photovoltaik produktion im Winter im Dezember in der Regel nur etwa ein Zehntel des Niveaus im Juni erreicht. Am Beispiel eines typischen 2 kWp Balkonkraftwerk entspricht dies einer durchschnittlichen täglichen Stromerzeugung von rund 0,6–1,3 kWh im Dezember.
Trotz des deutlich geringeren Ertrags sollte die Bewertung der Photovoltaik-Ausbeute im Winter nicht ausschließlich auf der erzeugten Strommenge basieren. In einem Marktumfeld mit hohen Strompreisen reduziert jede selbst verbrauchte Kilowattstunde direkt den Strombezug aus dem öffentlichen Netz. Zudem zeigen Photovoltaiksysteme unter kalten Bedingungen physikalische Eigenschaften, die sich von denen im Sommer unterscheiden und sich unter bestimmten meteorologischen Voraussetzungen in betriebliche Vorteile umwandeln können.
Praktische Vorteile von Photovoltaik im Winter
Positiver Einfluss niedriger Temperaturen auf den Modulwirkungsgrad
Die Energieumwandlungseffizienz von Photovoltaikmodulen wird stark von der Temperatur beeinflusst. Aufgrund halbleiterphysikalischer Eigenschaften steigt die Beweglichkeit der Ladungsträger in Solarzellen bei niedrigen Temperaturen. Das bedeutet, dass bei Temperaturen um 0 °C, wie sie in Deutschland im Januar häufig auftreten, der tatsächliche Umwandlungswirkungsgrad der Module in der Regel besser ist als im Sommer.
Kristalline Siliziummodule weisen üblicherweise einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, meist im Bereich von -0,3 %/K bis -0,4 %/K. Da sich Module während des Betriebs durch Sonneneinstrahlung erwärmen, kann kalte Winterluft diese überschüssige Wärme effizienter abführen und die Solarzellen auf einem niedrigeren Betriebstemperaturniveau halten. Daher erreicht die Photovoltaik-Leistung im Winter an trockenen, kalten Wintertagen zur Mittagszeit häufig Momentanwerte nahe der oberen Grenze der Nennleistung. Dieser Effizienzgewinn kann den Effekt der verkürzten Tageslichtdauer teilweise ausgleichen.
Zusätzlicher Beitrag der Umgebungsalbedo zur Wintererzeugung
In Süddeutschland und in hochgelegenen Regionen ist die Albedo ein wichtiger Faktor für die Photovoltaik-Ausbeute im Winter. Sie beschreibt die Reflexionsfähigkeit der Umgebung gegenüber Sonnenstrahlung. Die folgende Tabelle zeigt den direkten Einfluss verschiedener Bodenbedeckungen auf die Photovoltaik-Ertragsfähigkeit:
Bodenbedeckung | Typische Albedo | Einfluss auf das Photovoltaiksystem |
Neuschnee | Sehr hohe Reflexion, steigert die Photonenaufnahme bei Modulen mit hoher Neigung deutlich. | |
Alter Schnee/Eisflächen | 0,50–0,70 | Mittlere bis hohe Reflexion, liefert selbst an bewölkten Tagen einen objektiven Diffusgewinn. |
Vertrocknetes Gras/Normalboden | 0,15–0,25 | Grundreflexion, begrenzter Beitrag zur Stromerzeugung der Photovoltaik im Winter. |
Bei Systemen, die in einem Neigungswinkel von 50° bis 60° installiert sind, kann diese reflektierte Strahlung direkt auf die Moduloberfläche treffen. Durch die multidimensionale Energienutzung erhöht sie den tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad der Stromerzeugung photovoltaik im Winter.
Technische und Betriebsstrategien zur Maximierung des Photovoltaik-Nutzens im Winter
Auswahl, Installationswinkel und Optimierung der täglichen Wartung
Auswahl: Fokus auf Kälteanpassung und hohe Effizienz
Modulwirkungsgrad: Bevorzugt werden hocheffiziente Module, z. B. bifaziale oder leistungsstarke monokristalline Module mit gutem Schwachlicht- bzw. Diffusstrahlungsverhalten. Bifaziale Module erzielen bei guten Albedo-Bedingungen (z. B. Schneeflächen) einen deutlich höheren Ertrag als einseitige Module.
MPPT-Leistung: Wählen Sie Wechselrichter mit leistungsfähiger MPPT-Funktion (Maximum Power Point Tracking). Bei stark variierenden Sonnenwinkeln und instabiler Einstrahlung im Winter erzielen sie bessere Ergebnisse als einfache PWM-Controller und steigern den tatsächlichen Ertrag.
Geringer Standby-Verbrauch: Wechselrichter mit niedrigem Standby-Verbrauch reduzieren unnötigen Energieverlust während der Nacht oder bei fehlender Stromproduktion, was besonders bei kurzen Wintertagen wichtig ist.
Installation: Winkeloptimierung und Schattenvermeidung
Neigungswinkel: In den typischen deutschen Breitengraden liegt der optimale Jahresmittelwert bei 30°–35°. Dieser Winkel sorgt für eine gute Balance zwischen Sommer- und Winterertrag und erleichtert das Abrutschen von Schnee, wodurch Verschattung reduziert wird.
Ausrichtung: Idealerweise nach Süden, auch Südost oder Südwest sind möglich, um hohe Erträge zu erzielen. Eine Nordausrichtung sollte vermieden werden, um Leistungsverluste zu minimieren.
Schattenvermeidung: Da die Sonnenhöhe im Winter niedrig ist, sind Schatten länger. Besondere Aufmerksamkeit auf Hindernisse ist daher in den frühen Morgen- und späten Nachmittagsstunden geboten.
Betrieb und Wartung: wissenschaftliche Pflege und dynamische Überwachung
Schneeräumung: Schnee kann die Stromproduktion im Winter erheblich reduzieren. Eine schnelle Entfernung unterstützt die Wiederherstellung der Modulausgabe. Dabei sollten weiche Bürsten verwendet werden; heißes Wasser oder scharfe Werkzeuge sind zu vermeiden, um Glas und Rahmen der Module nicht zu beschädigen.
Überwachung und Alarmierung: Ein Echtzeit-Monitoring ermöglicht die Verfolgung von Erträgen und Modultemperaturen. Bei Abweichungen kann gezielt nach Fehlern gesucht und gewartet werden.
Saisonale Prüfliste:
Vor Winterbeginn die Befestigung der Gestelle und die Dichtigkeit der Kabelverbindungen prüfen.
Regelmäßig Moduloberflächen von Staub, Vogelkot oder anderen Verschmutzungen reinigen.
Nach extremen Kälteeinbrüchen oder Schneefällen die Module auf mögliche Schäden kontrollieren.
Hoher Eigenverbrauch zur Abmilderung hoher saisonaler Stromkosten
Im Winter, wenn die Strompreise auf einem hohen Niveau liegen und der Haushaltsverbrauch vor allem in den Morgen- und Abendstunden konzentriert ist, wird die Steigerung des Photovoltaik-Eigenverbrauchs zum zentralen Mittel, um die Stromkosten zu senken. Für Haushalte, die ihre Stromkosten kostengünstig optimieren möchten, ist ein Balkonkraftwerk mit Speicher dank seiner flexiblen Nutzung die ideale Wahl, um einen hohen Eigenverbrauchsgrad zu erreichen.
Beispielsweise stellt das Bundle EcoFlow STREAM Ultra X + 4 × 520 W Starres Solarpanel eine praktische Einstiegsoption für Haushalte dar, die ihre Anfangsinvestitionen kontrollieren und gleichzeitig die Winterstromkosten effektiv senken möchten.
Unter idealen Bedingungen kann mit diesem Bundle die jährliche Stromkostenersparnis bis zu ca. 1 993 € betragen (bei einem Strompreis von 0,40 €/kWh). Für eine individuellere Bewertung in Abhängigkeit vom eigenen Verbrauchsverhalten empfiehlt sich jedoch die Nutzung eines maßgeschneiderten Energiesparrechners. Darüber hinaus bietet der STREAM Ultra X eine Speicherkapazität von 3,84 kWh und eine Nennleistung von 1 200 W, wodurch er kompatible Heizgeräte und weitere grundlegende Haushaltslasten kontinuierlich versorgen kann und so die Belastung durch den Winterenergieverbrauch reduziert.
Die zugehörigen STREAM-Solarpanels überzeugen durch exzellente Schwachlichttechnologie. Selbst bei niedrigem Sonnenstand oder bedecktem Himmel kann kontinuierlich Energie gewonnen werden. Im Vergleich zum Branchendurchschnitt verlängert sich die täglich nutzbare Sonnenenergie um etwa eine Stunde, was den Anteil des selbst genutzten Stroms weiter erhöht.
Für Haushalte mit hohem Stromverbrauch im Winter und dem Wunsch nach größerer Energieautonomie ist EcoFlow STREAM Ultra X + 2 × STREAM AC Pro + 4 × 520 W Starres Solarpanel eine passendere, integrierte Lösung. Die Gesamtspeicherkapazität steigt auf 7,68 kWh, die Ausgangsleistung im Parallelbetrieb erreicht bis zu 2 300 W, wodurch sowohl kleine Heizgeräte unterstützt als auch der hohe Gesamtstrombedarf während der Morgen- und Abendspitzen abgedeckt werden kann.
Im Unterschied zu herkömmlichen, gestapelten Speichersystemen, die aufwendig zu installieren sind und viel Platz beanspruchen, unterstützt dieses System eine flexible, verteilte Aufstellung; die Batteriemodule können frei im Haushalt platziert werden, was insbesondere für Wohnungen mit begrenztem Platz ideal ist. Darüber hinaus ermöglicht der EcoFlow Smart-Modus eine automatisierte, präzise Energieverwaltung: Bei vorhergesagtem anhaltendem Regen oder bewölktem Wetter werden die Batterien automatisch während der Stromtalzeiten geladen, sodass für Spitzenzeiten ausreichend Energiereserven zur Verfügung stehen. Durch die Kombination aus leistungsfähiger Hardware und intelligenter Steuerung wird der Eigenverbrauch der Photovoltaikleistung insgesamt erhöht, wodurch Haushalte ihre Abhängigkeit vom Stromnetz während der Hochpreiszeiten signifikant reduzieren und so tiefere Stromkosten erzielen können.
Fazit
Photovoltaik im Winter ist kein einfaches „Ja oder Nein“-Thema; entscheidend ist die Optimierung der Systemleistung durch lokalisierte Planung, abgestimmte Speicherintegration und gezielte Betriebsführung. Auch wenn die Sonneneinstrahlung im Winter insgesamt geringer ist, können Haushalte durch die gesammelten Photovoltaik im Winter Erfahrungen, die richtige Auswahl von Modulen und Wechselrichtern, einen angemessenen Neigungswinkel sowie Schnee-Management und passende Speicherlösungen weiterhin kontinuierlich Strom erzeugen, den Eigenverbrauch steigern und so erhebliche Stromkosteneinsparungen erzielen.
FAQs
Wie viel Strom produziert eine 10 kWp Photovoltaikanlage am Tag im Winter?
In den Kernwintermonaten (Dezember, Januar, Februar): durchschnittliche tägliche Stromerzeugung ca. 5–10 kWh für das gesamte 10 kWp-System. Bei extrem bewölktem Wetter oder nördlicheren Standorten kann der Ertrag noch geringer ausfallen.
Übergang vom Spätwinter zum Frühling (Ende Februar bis März): Durchschnittliche tägliche Stromerzeugung kann auf ca. 10–25 kWh für das gesamte 10 kWp-System ansteigen, abhängig von der Anzahl der sonnigen Tage.
Für eine präzise Berechnung empfiehlt sich die Nutzung von PVGIS oder lokalen meteorologischen Daten.
Sollte ich den PV-Speicher im Winter abschalten oder laufen lassen?
Im Allgemeinen wird empfohlen, das Speichersystem nicht abzuschalten, aus folgenden Gründen:
Viele moderne Speicher verfügen über Temperaturmanagement und Selbstschutzfunktionen, die die Lade- und Entladestrategien bei niedrigen Temperaturen automatisch anpassen, um die Batterie zu schützen.
Der laufende Betrieb stellt Notstrom bereit und ermöglicht es, bei kurzen Sonnenperioden Energie zu speichern und in Zeiten hoher Strompreise zu nutzen, wodurch weiterhin Stromkosten gespart werden.
Eine langfristige Stilllegung kann dazu führen, dass die Batterie in einem tiefentladenen oder ungewarteten Zustand verbleibt, was die Lebensdauer beeinträchtigen kann. Regelmäßiges geringes Laden und Entladen trägt zur Batteriegesundheit bei.
Hinweis: Wird die Batterie über längere Zeit extremen Außentemperaturen ausgesetzt oder unter bestimmten Extrembedingungen abgeschaltet, sollte das Handbuch des Herstellers beachtet werden. eine geeignete Isolierung oder Innenaufstellung gewählt werden.
Warum sind Solarpaneele nicht 100% effizient?
Die Effizienz von Solarmodulen kann nicht 100 % erreichen, sowohl aus physikalischen Gründen als auch aufgrund praktischer technischer Faktoren.
Theoretisch gibt es bei einkristallinen Solarzellen eine bekannte Effizienzobergrenze; unter normalen Bedingungen können maximal etwa 33 % der Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Hauptursachen: Das Sonnenspektrum ist sehr breit, viele hoch- oder niedrigenergetische Photonen können nicht effektiv genutzt werden. In der Praxis kommen folgende Verluste hinzu:
Reflexions- und Einfallswinkelverluste des Lichts
Wärmeverluste durch Widerstände in Zellen und Stromkreisen
Leistungsverlust durch steigende Modultemperaturen
Verluste durch Wechselrichterkonversion und Leitungsverluste im System