Photovoltaik bei Bewölkung: Verständnis für Leistungseinbußen
Es ist ein trüber Dienstagmorgen im November. Thomas Bergmann steht vor seinem Wohnhaus in der Nähe von Freiburg, blickt auf das Dach und dann auf sein Smartphone, auf dem die Echtzeit-Anzeige seiner Photovoltaikanlage aufleuchtet. Statt der gewohnten vier bis fünf Kilowatt, die er an sonnigen Sommertagen erntet, zeigt das Display gerade einmal 380 Watt. Er seufzt, schüttelt den Kopf und fragt sich, ob die Investition von damals wirklich so klug war. Was Bergmann in diesem Moment erlebt, ist kein Defekt, keine Fehlfunktion und kein Grund zur Panik – es ist schlicht die Physik, die sich in seiner Hauselektrik manifestiert. Und diese Physik lässt sich verstehen, einordnen und in ihrer Konsequenz erheblich besser einschätzen, als die meisten Anlagenbesitzer zunächst vermuten.
Einfluss der Bewölkung auf die Photovoltaik-Leistung
Photovoltaikanlagen erzeugen Strom aus Licht, genauer gesagt aus der elektromagnetischen Strahlung der Sonne. Sobald Wolken diese Strahlung abschwächen, bevor sie die Solarzellen erreicht, sinkt die erzeugte Leistung entsprechend. Das klingt trivial, ist in seiner Tiefe aber komplexer, als es zunächst erscheint. Denn nicht jede Wolke ist gleich. Eine dünne Schleierwolke, wie sie häufig im Frühjahr oder Herbst auftritt, filtert die Sonnenstrahlung nur geringfügig und kann die Leistung einer Anlage auf 60 bis 80 Prozent des Maximalwerts reduzieren. Eine dichte, tief hängende Regenwolke hingegen, wie sie typisch für einen norddeutschen Herbsttag ist, kann die Leistung auf zehn bis 25 Prozent des möglichen Spitzenwertes drosseln. Der entscheidende physikalische Begriff in diesem Zusammenhang ist die sogenannte Globalstrahlung – also die Summe aus direkter Sonnenstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung. Selbst wenn die Sonne vollständig hinter Wolken verborgen ist, trifft noch immer Streulicht auf die Solarmodule. Dieses diffuse Licht ist weniger intensiv, aber keineswegs wirkungslos. Das unterscheidet Photovoltaik fundamental von manchen anderen Energieerzeugungsformen: Selbst unter bedecktem Himmel produziert die Anlage. Sie tut es nur eben deutlich zurückhaltender.
Wer verstehen möchte, wie stark Bewölkung tatsächlich zu Buche schlägt, muss sich mit dem Begriff der Einstrahlung in Watt pro Quadratmeter vertraut machen. An einem klaren Sommertag in Mitteleuropa kann die solare Einstrahlung auf eine horizontal ausgerichtete Fläche bis zu 1.000 Watt pro Quadratmeter erreichen – ein Wert, der in der Solartechnik als „Standardtestbedingung” gilt und die Nennleistung eines Moduls definiert. An einem vollständig bedeckten Wintertag in Deutschland sinkt dieser Wert häufig auf 50 bis 150 Watt pro Quadratmeter. Das entspricht einer Reduktion auf fünf bis 15 Prozent der theoretisch möglichen Einstrahlung. Multipliziert man diese Verhältnisse mit der installierten Modulleistung, ergibt sich das Bild, das Thomas Bergmann auf seinem Display sieht: Eine 10-Kilowatt-Anlage liefert unter solchen Bedingungen mitunter kaum mehr als einen Kilowatt. Das klingt entmutigend, ist aber in der Jahresbilanz weniger dramatisch als befürchtet, weil die lichtarmen Tage im Winter naturgemäß kürzer sind und der Stromverbrauch der meisten Haushalte sich über das Jahr weitgehend gleichmäßig verteilt.
In diesem Zusammenhang lohnt sich auch ein Blick auf diesen Artikel zum Thema: Photovoltaik Anlage Größe berechnen Kilowatt.
Besonders interessant – und für viele Anlagenbesitzer überraschend – ist ein meteorologisches Phänomen, das als „Randstrahlungseffekt” oder auch als „Wolkenlupe” bezeichnet wird. Es tritt auf, wenn Sonne und Wolken gleichzeitig präsent sind: Ziehen einzelne Cumuluswolken an der Sonne vorbei, können die Ränder dieser Wolken das Sonnenlicht bündeln und kurzfristig verstärken. In solchen Momenten übersteigt die gemessene Einstrahlung tatsächlich den Wert eines wolkenlosen Himmels, weil das direkte Sonnenlicht zusätzlich durch reflektiertes Licht der Wolkenflanken ergänzt wird. Solarexperten bezeichnen diese Spitzen als „Over-Irradiance”-Ereignisse, bei denen Einstrahlungswerte von bis zu 1.400 Watt pro Quadratmeter gemessen werden können. Für die Elektronik moderner Wechselrichter stellt das eine technische Herausforderung dar, denn sie müssen solche Peaks abfangen und verarbeiten, ohne zu überhitzen oder abzuschalten. Hochwertige Geräte sind darauf ausgelegt – preisgünstigere Komponenten können in solchen Momenten allerdings schlicht abregeln und gehen damit paradoxerweise in einer Phase besonders guter Strahlungsbedingungen kurzzeitig vom Netz.
Passend dazu haben wir einen weiteren Beitrag zum Thema: Photovoltaik Wartung und Reinigung Tipps.
Für die wirtschaftliche Betrachtung einer Photovoltaikanlage ist der Jahresertrag der relevante Maßstab, nicht der Wert eines einzelnen Novembertages. Und hier relativiert sich das trübe Stimmungsbild erheblich. Deutschland gilt zwar nicht als Sonnenland im südeuropäischen Sinne, aber die mittleren Einstrahlungswerte in Süddeutschland – etwa in der Region um Freiburg, wo Thomas Bergmann wohnt – sind mit rund 1.100 bis 1.200 Kilowattstunden solarer Einstrahlung pro Quadratmeter und Jahr durchaus respektabel. Selbst in Norddeutschland sind es noch 950 bis 1.050 Kilowattstunden. Zum Vergleich: Madrid kommt auf etwa 1.700 Kilowattstunden. Der Unterschied ist real, aber er ist keine Katastrophe. Moderne Hochleistungsmodule, insbesondere bifaziale Varianten, die auch Rückseitenreflexion nutzen, sowie Tracking-Systeme, die der Sonne folgen, können die Verluste durch suboptimale Einstrahlungsbedingungen teilweise kompensieren. Entscheidend ist außerdem die Ausrichtung und Neigung der Module: Eine südorientierte Anlage mit einer Neigung von etwa 30 bis 35 Grad ist in Mitteleuropa so optimiert, dass sie über das Jahr hinweg den größtmöglichen Ertrag aus dem verfügbaren Licht herausholt – auch wenn viele einzelne Tage ernüchternd ausfallen.
Was Haushalte wie jenen von Thomas Bergmann letztlich beschäftigen sollte, ist nicht die Leistung an einem bewölkten Tag, sondern die Strategie, mit der sie die Eigenverbrauchsquote optimieren. Wer seinen Haushaltsstrom möglichst dann verbraucht, wenn die Anlage produziert – also Waschmaschine, Geschirrspüler und Wärmepumpe an sonnigen Stunden des Tages betreibt –, schöpft mehr Wert aus seiner Anlage als jemand, der diese Geräte reflexartig am Abend einschaltet. In Kombination mit einem Hausspeicher wird diese Strategie noch schlagkräftiger: Überschüssiger Strom aus sonnenreichen Stunden lässt sich puffern und an trüben Nachmittagen oder in der Nacht abrufen. Der bewölkte Novembertag bleibt dann das, was er ist – ein Tag mit wenig Ertrag, aber kein Argument gegen die Anlage. Bergmann könnte sein Smartphone wieder einstecken, einen Kaffee kochen und wissen: Die Jahresbilanz gibt ihm recht, auch wenn der Himmel heute nichts davon ahnen lässt.
Häufig gestellte Fragen
Wie stark beeinflusst Bewölkung die Photovoltaik-Leistung?
Bewölkung kann die Leistung von Photovoltaikanlagen erheblich beeinflussen, wobei dünne Wolken die Leistung nur geringfügig reduzieren, während dichte Wolken die Leistung stark drosseln können.
Was ist der Randstrahlungseffekt?
Der Randstrahlungseffekt tritt auf, wenn Wolken das Sonnenlicht bündeln und kurzfristig verstärken, was zu höheren Einstrahlungswerten führen kann.
Wie kann ich die Eigenverbrauchsquote optimieren?
Die Eigenverbrauchsquote lässt sich optimieren, indem Haushaltsgeräte während der Sonnenstunden betrieben werden, wenn die Photovoltaikanlage Strom produziert.
Was sind die Vorteile von Hochleistungsmodulen?
Hochleistungsmodule, insbesondere bifaziale Varianten, können Verluste durch suboptimale Einstrahlungsbedingungen teilweise kompensieren und bieten somit einen höheren Ertrag.
Wie wichtig ist die Ausrichtung der Module?
Die Ausrichtung und Neigung der Module sind entscheidend für den Ertrag einer Photovoltaikanlage, da sie den größtmöglichen Ertrag aus dem verfügbaren Licht herausholen.
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