Die Sonne scheint nicht immer von einem wolkenlosen Himmel – und trotzdem können Photovoltaikanlagen Strom erzeugen. Viele Menschen fragen sich, ob sich eine Solaranlage überhaupt lohnt, wenn der Himmel häufig bedeckt ist oder die Anlage teilweise im Schatten steht. In diesem Artikel erklären wir, wie Photovoltaikanlagen auch ohne direkte Sonneneinstrahlung funktionieren, welche technischen Lösungen die Effizienz verbessern und warum moderne Systeme wie Balkonkraftwerke auch bei weniger optimalen Bedingungen eine zuverlässige Stromquelle darstellen.
Die Grundlagen der Photovoltaik verstehen
Der photovoltaische Effekt
Das Herzstück jeder Photovoltaikanlage ist der photovoltaische Effekt. Dabei werden Photonen (Lichtteilchen) in elektrische Energie umgewandelt. Wenn Licht auf die Solarzellen trifft, werden Elektronen freigesetzt, die dann als elektrischer Strom genutzt werden können. Dieser grundlegende Prozess funktioniert nicht nur bei direkter Sonneneinstrahlung, sondern auch bei diffusem Licht. Der photovoltaische Effekt ist ein faszinierendes Phänomen, das auf der Quantenmechanik basiert. Die Fähigkeit von Solarzellen, auch bei diffusem Licht Strom zu erzeugen, ist entscheidend für ihre Effizienz in verschiedenen Klimazonen und Wetterbedingungen.
Direktes und diffuses Licht nutzen
Photovoltaikanlagen können zwei Arten von Sonnenlicht verwerten:
- Direktes Sonnenlicht: Die Strahlen treffen ohne Hindernis direkt auf die Solarmodule. Dieses Licht ist besonders intensiv und sorgt für die höchste Energieausbeute.
- Diffuses Licht: Das Sonnenlicht wird durch Wolken, Nebel oder andere Objekte gestreut, bevor es die Module erreicht. Diffuses Licht ist weniger intensiv, aber dennoch nutzbar.
Moderne Solarmodule sind in der Lage, beide Lichtarten zu nutzen, was ihre Flexibilität bei verschiedenen Wetterbedingungen erhöht. Besonders bemerkenswert: An bewölkten Tagen besteht bis zu 80% der verfügbaren Strahlung aus diffusem Licht. Diese Fähigkeit, diffuses Licht zu nutzen, ist ein wesentlicher Vorteil von Photovoltaikanlagen, da sie so auch in Regionen mit häufig bewölktem Himmel effektiv arbeiten können.
Wie Photovoltaik unter verschiedenen Bedingungen funktioniert
Bei Bewölkung und Regen
Entgegen der landläufigen Meinung erzeugen Solarmodule auch an bewölkten Tagen Strom. Die Leistung sinkt zwar im Vergleich zu sonnigen Tagen, aber sie fällt nicht auf null. Je nach Dichte der Wolkendecke können Photovoltaikanlagen immer noch zwischen 10% und 25% ihrer maximalen Leistung erbringen. Diese Fähigkeit, auch bei Bewölkung Strom zu erzeugen, macht Photovoltaik zu einer verlässlichen Energiequelle, selbst in weniger sonnenreichen Regionen.
Bei leichtem Regen kann die Leistung sogar kurzzeitig ansteigen, da der Regen die Module reinigt und Staub entfernt, was die Lichtabsorption verbessert. Erst bei sehr starker Bewölkung oder Starkregen sinkt die Leistung deutlich ab. Diese Selbstreinigungswirkung durch Regen ist ein zusätzlicher Vorteil, der die Effizienz der Module langfristig unterstützt.
Bei Beschattung
Teilweise Beschattung stellt eine größere Herausforderung dar als gleichmäßig diffuses Licht. Wenn einzelne Zellen eines Moduls beschattet werden, kann dies die Leistung des gesamten Moduls beeinträchtigen. Moderne Solarmodule lösen dieses Problem durch den Einsatz von Bypass-Dioden, die beschattete Bereiche „umgehen“ und so sicherstellen, dass der Rest des Moduls weiterhin optimal arbeiten kann. Diese Technologie ist entscheidend, um die Auswirkungen von Schatten zu minimieren und die Gesamtleistung der Anlage zu maximieren.
Im Winter
In den Wintermonaten steht die Sonne tiefer und die Tage sind kürzer. Dennoch können Photovoltaikanlagen auch dann effektiv arbeiten. Die niedrigeren Temperaturen erhöhen sogar die Effizienz der Solarzellen, da diese bei Kälte besser arbeiten als bei großer Hitze. Schnee kann zudem das Sonnenlicht reflektieren und so zusätzliches Licht auf die Module lenken. Diese Reflexion kann die Energieausbeute erheblich steigern, insbesondere in schneereichen Regionen.
Eine optimierte Ausrichtung der Module – idealerweise mit einem steileren Neigungswinkel im Winter – kann die Energieausbeute in den Wintermonaten verbessern. Diese Anpassung der Neigung ist eine einfache, aber effektive Methode, um die Leistung der Anlage zu maximieren.
In der Nacht
Ohne Licht kann keine Photovoltaikanlage Strom erzeugen. Für die Nacht sind daher Speicherlösungen erforderlich. Moderne Solarbatterien speichern den tagsüber erzeugten Überschussstrom und stellen ihn nachts zur Verfügung. Dies erhöht die Eigenverbrauchsquote und macht Haushalte unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz. Die Integration von Speichersystemen ist ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der Autarkie und zur Maximierung der Nutzung von Solarenergie.
Der Einfluss der globalen Strahlung
Bedeutung für die Leistung von PV-Anlagen
Die globale Strahlung umfasst sowohl die direkte als auch die diffuse Sonneneinstrahlung und wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) gemessen. Sie ist der wichtigste Faktor für die Leistungsfähigkeit einer Photovoltaikanlage. Die Kenntnis der globalen Strahlung in einer Region ist entscheidend für die Planung und Optimierung von Solaranlagen.
In Deutschland liegt die durchschnittliche jährliche globale Strahlung zwischen 950 und 1.200 kWh/m², wobei es deutliche regionale Unterschiede gibt. Diese Unterschiede beeinflussen die potenzielle Energieausbeute und die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen in verschiedenen Teilen des Landes.
Regionale Unterschiede in Deutschland
Die Sonneneinstrahlung variiert innerhalb Deutschlands erheblich:
- Süddeutschland: Mit bis zu 1.200 kWh/m² im Jahresdurchschnitt bietet Bayern die besten Bedingungen für Photovoltaik. Die hohe Sonneneinstrahlung macht diese Region besonders attraktiv für Solarprojekte.
- Mitteldeutschland: Hier werden etwa 1.000 bis 1.100 kWh/m² erreicht. Diese Werte sind immer noch ausreichend, um Photovoltaikanlagen wirtschaftlich zu betreiben.
- Norddeutschland: Mit 950 bis 1.000 kWh/m² liegt die Einstrahlung etwas niedriger. Dennoch können moderne Anlagen auch hier effizient arbeiten.
Diese Unterschiede bedeuten jedoch nicht, dass sich Photovoltaik nur im Süden lohnt. Moderne Anlagen können auch in Nord- und Mitteldeutschland wirtschaftlich betrieben werden, da sie effizient mit diffusem Licht umgehen können. Die Fähigkeit, diffuses Licht zu nutzen, ist ein entscheidender Vorteil, der die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen in weniger sonnenreichen Regionen sicherstellt.
Technische Lösungen für geringe Sonneneinstrahlung
Fortschrittliche Solarzellen-Technologie
Die Technologie der Solarzellen hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt:
- Monokristalline Zellen: Bieten den höchsten Wirkungsgrad (bis zu 22%) und funktionieren besonders gut bei diffusem Licht. Diese Zellen sind ideal für Anwendungen, bei denen maximale Effizienz erforderlich ist.
- Polykristalline Zellen: Etwas geringerer Wirkungsgrad, aber kostengünstiger in der Herstellung. Sie sind eine gute Wahl für Projekte mit begrenztem Budget.
- Dünnschichtzellen: Besonders effektiv bei schwachem Licht und diffuser Strahlung. Diese Zellen sind ideal für Anwendungen in Regionen mit häufig bewölktem Himmel.
Neue Technologien wie bifaziale Solarmodule können sogar Licht von beiden Seiten aufnehmen, was die Energieausbeute bei diffusem Licht weiter erhöht. Diese Innovationen tragen dazu bei, die Effizienz und Flexibilität von Photovoltaikanlagen zu steigern.
Speicherlösungen und Solarbatterien
Moderne Speicherlösungen gleichen die Schwankungen in der Stromerzeugung aus:
- Lithium-Ionen-Batterien: Hohe Effizienz und lange Lebensdauer. Diese Batterien sind die bevorzugte Wahl für viele Solaranlagen aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit.
- Smart-Home-Integration: Intelligente Steuerung des Energieflusses. Diese Systeme optimieren den Energieverbrauch und maximieren die Nutzung von Solarstrom.
- Virtuelle Speicher: Überschüssiger Strom wird ins Netz eingespeist und später wieder bezogen. Diese Lösung bietet Flexibilität und erhöht die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen.
Diese Technologien sorgen dafür, dass der erzeugte Solarstrom optimal genutzt werden kann, auch wenn die Erzeugung und der Verbrauch zeitlich nicht übereinstimmen. Die Integration von Speichersystemen ist ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der Autarkie und zur Maximierung der Nutzung von Solarenergie.
Bypass-Dioden in Solarmodulen
Bypass-Dioden sind kleine elektronische Bauteile, die in Solarmodulen verbaut werden, um das Problem der Teilverschattung zu lösen. Sie funktionieren wie Umgehungsstraßen für den elektrischen Strom:
- Wenn eine Zelle oder eine Gruppe von Zellen beschattet ist und weniger Strom liefert
- Leitet die Bypass-Diode den Strom um diesen Bereich herum
- Der Rest des Moduls kann weiterhin mit voller Leistung arbeiten
Ohne Bypass-Dioden würde die schwächste Zelle die Leistung des gesamten Moduls bestimmen – ähnlich wie bei einer Lichterkette, bei der eine defekte Lampe die ganze Kette ausfallen lässt. Diese Technologie ist entscheidend, um die Auswirkungen von Schatten zu minimieren und die Gesamtleistung der Anlage zu maximieren.
Beispiel: Anker SOLIX Balkonkraftwerk
Hohe Effizienz auch bei geringer Sonneneinstrahlung
Das Anker SOLIX Balkonkraftwerk ist ein gutes Beispiel für moderne Photovoltaik-Technologie, die auch bei suboptimalen Lichtbedingungen effizient arbeitet:
- Hocheffiziente monokristalline Solarzellen
- Optimierte Mikroinverter, die auch bei teilweiser Beschattung maximale Leistung liefern
- Intelligentes Energiemanagement-System
Durch diese Technologien kann das Balkonkraftwerk auch an bewölkten Tagen oder bei teilweiser Beschattung durch Nachbargebäude, Bäume oder Balkone über dem eigenen Standort eine beachtliche Strommenge produzieren. Diese Flexibilität macht das Anker SOLIX zu einer attraktiven Option für städtische Umgebungen und andere herausfordernde Standorte.
Langfristige Zuverlässigkeit
Moderne Balkonkraftwerke wie das Anker SOLIX sind für eine lange Lebensdauer ausgelegt:
- Robuste Materialien, die Witterungseinflüssen standhalten. Diese Materialien gewährleisten, dass die Anlage auch unter extremen Wetterbedingungen zuverlässig arbeitet.
- Garantien von 10-12 Jahren auf die Hardware. Diese Garantien bieten Sicherheit und Vertrauen in die Investition.
- Leistungsgarantien von bis zu 25 Jahren. Diese langfristigen Garantien stellen sicher, dass die Anlage über viele Jahre hinweg eine konstante Leistung erbringt.
Die Investition in ein solches System kann sich auch in Regionen mit weniger Sonnenstunden lohnen, da die Systeme über ihre lange Lebensdauer kontinuierlich Strom erzeugen und so die Stromrechnung reduzieren. Die langfristige Zuverlässigkeit und Effizienz dieser Systeme machen sie zu einer lohnenden Investition für viele Haushalte.
Fazit: Photovoltaik ist vielseitiger als gedacht
Photovoltaikanlagen sind keineswegs nur für sonnenverwöhnte Regionen geeignet. Moderne Solartechnologie kann auch ohne direkte Sonneneinstrahlung effizient arbeiten und zuverlässig Strom erzeugen. Durch die Nutzung diffusen Lichts, intelligente Modultechnologien und fortschrittliche Speicherlösungen können Solaranlagen unter verschiedensten Bedingungen eingesetzt werden.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Technologie verbessert ständig die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen. Selbst in Regionen mit weniger Sonnenstunden oder bei ungünstiger Ausrichtung können moderne Systeme einen bedeutenden Beitrag zur Stromversorgung leisten. Diese Vielseitigkeit macht Photovoltaik zu einer Schlüsseltechnologie für die Energiewende und eine nachhaltige Zukunft.
Photovoltaik ist damit ein wichtiger Baustein für eine nachhaltige und dezentrale Energieversorgung – unabhängig davon, ob die Sonne direkt scheint oder nicht. Die Fähigkeit, auch unter suboptimalen Bedingungen Strom zu erzeugen, macht Photovoltaik zu einer unverzichtbaren Komponente moderner Energiesysteme.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Erzeugt eine Solaranlage bei Regen Strom?
Ja, auch bei Regen erzeugt eine Solaranlage Strom, allerdings weniger als bei Sonnenschein. Die Leistung hängt von der Dichte der Wolkendecke ab und kann zwischen 10% und 25% der maximalen Leistung liegen. Diese Fähigkeit, auch bei Regen Strom zu erzeugen, macht Photovoltaik zu einer verlässlichen Energiequelle, selbst in weniger sonnenreichen Regionen.
Lohnt sich eine Photovoltaikanlage in Norddeutschland?
Ja, moderne Photovoltaikanlagen lohnen sich auch in Norddeutschland. Trotz geringerer Sonneneinstrahlung können sie durch effiziente Nutzung diffusen Lichts und optimierte Technologien wirtschaftlich betrieben werden. Die Fähigkeit, diffuses Licht zu nutzen, ist ein entscheidender Vorteil, der die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen in weniger sonnenreichen Regionen sicherstellt.
Was passiert mit meiner Solaranlage, wenn ein Teil im Schatten liegt?
Bei teilweiser Beschattung sorgen Bypass-Dioden dafür, dass nur die betroffenen Zellen weniger Leistung bringen, während der Rest des Moduls weiterhin optimal arbeitet. Moderne Mikroinverter können diesen Effekt zusätzlich minimieren. Diese Technologien sind entscheidend, um die Auswirkungen von Schatten zu minimieren und die Gesamtleistung der Anlage zu maximieren.
Wie viel Strom erzeugt ein Balkonkraftwerk an einem bewölkten Tag?
An einem bewölkten Tag erzeugt ein Balkonkraftwerk je nach Bewölkungsdichte etwa 10-30% seiner Nennleistung. Bei einem 600-Watt-System können das immerhin noch 60-180 Watt sein. Diese Flexibilität macht Balkonkraftwerke zu einer attraktiven Option für städtische Umgebungen und andere herausfordernde Standorte.
Brauche ich einen Speicher für meine Photovoltaikanlage?
Ein Speicher ist nicht zwingend notwendig, erhöht aber den Eigenverbrauchsanteil deutlich. Ohne Speicher wird überschüssiger Strom ins Netz eingespeist, während bei Dunkelheit Strom aus dem Netz bezogen werden muss. Die Integration von Speichersystemen ist ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der Autarkie und zur Maximierung der Nutzung von Solarenergie.
Weitere Informationsquellen
- Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE): www.ise.fraunhofer.de
- Bundesverband Solarwirtschaft: www.solarwirtschaft.de
- Solarenergie-Förderverein Deutschland: www.sfv.de
- Kompetenzzentrum Erneuerbare Energien und Energieeffizienz: www.kee-bw.de
Diese Quellen bieten umfassende Informationen und Ressourcen für alle, die mehr über Photovoltaik und erneuerbare Energien erfahren möchten. Sie sind wertvolle Anlaufstellen für Forschung, Beratung und Unterstützung bei der Planung und Umsetzung von Solarprojekten.