Solarenergie zählt zu den saubersten und vielseitigsten Energiequellen unserer Zeit. Sowohl in der öffentlichen Gebäudeplanung als auch im privaten Hausbau oder der Sanierung von Bestandsbauten nehmen Photovoltaik-Anlagen deshalb einen immer höheren Stellenwert ein. Die Effizienz von Solarpanelen zur Erzeugung von ökologischem Strom ist jedoch keine universelle Größe.
Regionale Unterschiede, hervorgerufen durch klimatische, geographische und umweltbedingte Faktoren, beeinflussen die Leistung von Photovoltaik-Anlagen (PV). Während Sonnenreiche Regionen Vorteile bieten, stellen Staub, Hitze, Schnee und Luftfeuchtigkeit Herausforderungen dar, die die Stromerzeugung über Sonnenenergie nicht mehr zur ökologisch und ökonomisch sinnvollen Lösung machen.
Verschiedene Einflussfaktoren können durch den Einsatz moderner Technologien ausgeglichen werden. Regionale Gegebenheiten sollten dennoch immer in die Planung einer Photovoltaik Anlage einfließen.
Der Einfluss der tatsächlichen Sonneneinstrahlung auf die Energieerzeugung
Die Sonneneinstrahlung ist die zentrale Variable, die die Effizienz von Photovoltaikanlagen bestimmt. Sie wird als Globalstrahlung gemessen, die sich aus direkter und diffuser Strahlung zusammensetzt. Die Globalstrahlung beschreibt die gesamte Energie der Sonnenstrahlen, die auf eine horizontale Fläche treffen und damit in den Solarpanelen Strom erzeugen können.
Geographische Unterschiede:
Regionen nahe des Äquators wie Nordafrika oder der Nahe Osten erhalten eine jährliche Sonneneinstrahlung von bis zu 2.200 kWh/m².
In Mitteleuropa liegt dieser Wert bei 900 bis 1.200 kWh/m². In Südeuropa können Werte von bis zu 1.800 kWh/m² erreicht werden.
Skandinavien oder Alaska fallen mit etwa 800 kWh/m² in die untere Kategorie
(Quelle: Umweltbundesamt)
Saisonale Schwankungen verstärken die Diskrepanz
In gemäßigten Klimazonen ist die Solarenergieproduktion stark von der Jahreszeit abhängig. In nördlichen Breiten treten signifikante Unterschiede zwischen Sommer- und Wintermonaten auf. Im Winter sinkt die Leistung um bis zu 60 %, während im Sommer Spitzenwerte erreicht werden. Diese Schwankungen beeinflussen nicht nur Privathaushalte, sondern auch die Planung von Solarkraftwerken.
Technologische Antworten auf die schwankende Sonneneinstrahlung
In Regionen mit geringer Einstrahlung steigern hocheffiziente Module und sogenannte PERC-Zellen (Passivated Emitter Rear Cells) die Leistung auch bei diffusem Licht. Zusätzlich bieten bifaziale Module, die Licht von beiden Seiten nutzen, eine effizientere Lösung.
Temperatur: Hitze als Leistungsverlustfaktor
Eine oft übersehene Herausforderung ist die Wirkung hoher Temperaturen auf Photovoltaikmodule. Photovoltaikmodule arbeiten optimal bei einer Modultemperatur von 25 °C. Jede Temperaturerhöhung über diesen Durchschnittswert reduziert die Effizienz der Photovoltaik-Anlage, da der Widerstand in den Halbleitern steigt.
Solarmodule verlieren bei Temperaturen über 25 °C durchschnittlich 0,5 % ihrer Leistung pro Grad Celsius. Besonders in heißen und ariden Regionen wie Nordafrika, Indien oder dem Südwesten der USA kann dies erhebliche Einbußen bedeuten.
In heißen Regionen wie dem Mittleren Osten oder Südasien kann die Temperatur die Modulleistung um 10–20 % senken. Ein typischer Temperaturkoeffizient für Silizium-basierte Module beträgt etwa -0,4 bis -0,5 % pro Grad über 25 °C. (Quelle: Solarwissen Selfmade Energy)
Moderne Technologien können den Leistungsverlust durch hohe Außentemperaturen teilweise ausgleichen. Eine Passivkühlung durch spezielle Gehäuse und eine optimierte Modulaufstellung kommt häufig zum Einsatz. Zusätzlich kommen Dünnschichtmodule wie CdTe-Module (Cadmium-Tellurid) in Betracht, die bei Hitze weniger stark an Effizienz verlieren.
Auch eine Aktivkühlung durch Wasser oder Luftströme ist denkbar. Diese Variante ist noch in der Entwicklungsphase und konnte in Pilotprojekten bereits bis zu 15 % mehr Leistung generieren.
Staub und Luftverschmutzung verringern die Effizienz
In Wüstenregionen oder städtischen Gebieten mit hoher Luftverschmutzung verringern Staub, Sand und Schmutzpartikel die Lichtdurchlässigkeit der Solarmodule. Studien zeigen, dass eine unzureichende Reinigung den Energieertrag aus Photovoltaik Anlagen gravierend einschränken kann.
Wüstenregionen wie die Sahara, aber auch urbane Ballungszentren mit hoher Luftverschmutzung (z. B. Neu-Delhi, Peking) erleben Effizienzverluste von bis zu 30 % (Quelle: Solar Heat Guide 2024), wenn die Solarmodule nicht regelmäßig gereinigt werden.
Moderne Photovoltaik-Anlagen verwenden häufig selbstreinigende Beschichtungen basierend auf Nanotechnologie, die Staub abperlen lassen.
In Solarparks, die in stark von Staub belasteten Regionen errichtet werden, kommen automatische Reinigungssysteme zum Einsatz. In besonders stark belasteten Regionen bewährt sich der Einsatz von Sandfänger-Barrieren, die den Staub von den Solarpanelen fernhalten können.
Wetterextreme und Feuchtigkeit: Herausforderungen in tropischen und alpinen Zonen
Neben der Sonneneinstrahlung beeinflussen auch Wetterbedingungen wie Wolken, Regen oder Schnee die Effizienz von Photovoltaik-Anlagen. Tropische Gebiete, Küstenregionen und Hochgebirge stellen spezifische Anforderungen an die Effizienz von Solarmodulen.
Hohe Luftfeuchtigkeit:
In tropischen Regionen wie Südostasien beschleunigt die hohe Feuchtigkeit in der Luft die Korrosion von Solarmodulen und führt zu langfristigen Effizienzverlusten. Moderne Module mit speziellen Laminaten und Versiegelungen bieten besseren Schutz vor Feuchtigkeit.
Alpine Regionen und Schnee:
In alpinen Regionen reduziert Schnee, der auf Modulen abgelagert wird, die Stromproduktion. Verschneite Module blockieren die Einstrahlung komplett, insbesondere bei flacher Neigung. Durch steilere Modulneigungen kann Schnee schneller abrutschen und so die Ablagerung reduziert werden. Ergänzend kommen beheizte Module oder spezielle Glasoberflächen zum Einsatz.
Wolkenreiche Regionen:
In Regionen Nordeuropas, wie Skandinavien oder Großbritannien, kann die direkte Sonneneinstrahlung durch Wolken stark reduziert werden. Diffuses Licht macht dort einen größeren Anteil der Globalstrahlung aus.
Deutschland als Standort für Photovoltaik Anlagen: Herausforderungen und Potenziale
Deutschland gehört weltweit zu den Vorreitern im Bereich der Solarenergie und ist zugleich ein Land mit moderater Sonneneinstrahlung. Die Effizienz von Photovoltaikanlagen wird hier durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter das Klima, die geografische Lage sowie infrastrukturelle Gegebenheiten. Trotz vergleichsweise begrenzter Einstrahlungswerte hat Deutschland durch technologische Innovationen und eine vorausschauende Förderung der Solarenergie eine der weltweit höchsten Solardichten erreicht.
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) hat in Deutschland maßgeblich dazu beigetragen, Photovoltaik wirtschaftlich attraktiv zu machen. Wichtige Aspekte sind die Einspeisevergütung und die gezielte Förderung von Balkonkraftwerken als Alternative zur klassischen Dachanlage. Die Förderung von Mini-PV-Anlagen bietet Haushalten ohne großes Dach einen günstigen Einstieg in die Solarenergie und unterstützt damit die Umsetzung der ehrgeizigen Klimaziele.
Sonneneinstrahlung in Deutschland
Die jährliche Globalstrahlung in Deutschland variiert regional stark.
Süddeutschland: Bayern und Baden-Württemberg profitieren von Werten zwischen 1.200 und 1.300 kWh/m² jährlich, was dem oberen Bereich der mitteleuropäischen Einstrahlung entspricht. Diese Bundesländer bieten die besten Voraussetzungen für hohe Erträge und verzeichnen den größten Ausbau von Dachanlagen.
Norddeutschland: Schleswig-Holstein, Hamburg und andere norddeutsche Regionen weisen mit etwa 900 bis 1.100 kWh/m² vergleichsweise niedrigere Werte im Bereich der Globalstrahlung auf. Trotz geringerer Sonneneinstrahlung ist die Nutzung von Freiflächenanlagen dank flacher, weitläufiger Landschaften effizient.
(Quelle: Umweltbundesamt)
Wie in anderen gemäßigten Breiten, sind auch in Deutschland die Unterschiede zwischen Sommer- und Wintermonaten signifikant für die Globalstrahlung und die Effizienz von Photovoltaik-Anlagen. Im Winter können die Werte auf 10–20 % der Sommerstrahlung sinken
Wetterbedingungen und ihre Auswirkungen
Die wechselhaften Wetterverhältnisse in Deutschland stellen sowohl Chancen als auch Herausforderungen dar:
Bewölkung: Diffuse Strahlung durch bewölkten Himmel macht einen wesentlichen Anteil der Gesamtstrahlung aus. Moderne Module, die diffuse Strahlung effizient nutzen, können hier punkten.
Schnee und Frost: In schneereichen Wintern, vor allem in süddeutschen Bergregionen, kann Schnee die Module bedecken und den Energieertrag mindern. Ab einem bestimmten Gewicht kann Schnee zudem die Statik der Module belasten. Beheizbare Module oder eine steilere Neigung mindern diese Effekte.
Regen und Luftfeuchtigkeit: Der regelmäßige Regen in vielen Regionen hat auch Vorteile, da er die Module automatisch reinigt und damit die Ansammlung von Staub und Schmutz minimiert.
Luftverschmutzung und Feinstaubbelastung
Städtische Ballungsräume wie das Ruhrgebiet oder die Region Rhein-Main erleben eine höhere Luftverschmutzung durch Feinstaub und andere Partikel. Dies kann die Lichtdurchlässigkeit der Module verringern und so den Ertrag um bis zu 10 % reduzieren. Regelmäßige Reinigung der Module und Anti-Schmutz-Beschichtungen helfen, diesen Verlust zu minimieren.
Standortbewertung: Ein Schlüssel zur Effizienz moderner Photovoltaik Anlagen
Die Effizienz von Photovoltaikanlagen wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst, die von der Sonneneinstrahlung über Temperaturen bis hin zu Staub und Wetterextremen reichen. Vor der Installation einer Photovoltaikanlage ist eine detaillierte Standortanalyse essenziell. Plattformen wie der Global Solar Atlas oder PVGIS helfen bei der Bewertung von Sonneneinstrahlung, Temperatur und Wetterbedingungen.
Innovative Technologien und maßgeschneiderte Lösungen ermöglichen es, die Solarenergie auch in herausfordernden Regionen optimal zu nutzen.
Tracking-Systeme: Solarmodule, die sich dem Sonnenstand anpassen, steigern den Energieertrag um bis zu 30 %. Diese Systeme sind besonders effizient in Regionen mit hoher direkter Sonneneinstrahlung.
Hybridlösungen: In Regionen mit wetterabhängigen Schwankungen kombinieren Hybridlösungen aus Solar- und Windenergie die Stärken beider Technologien.
Erweiterte Speichersysteme: Fortschritte bei Lithium-Ionen- und Natrium-Ionen-Batterien machen die Speicherung von Solarenergie günstiger und effizienter.
Verbraucher profitieren von einer fundierten Beratung, die regionale Besonderheiten berücksichtigt und die Basis für eine nachhaltige und ökologisch sinnvolle Energieversorgung schafft.