Zu viel Sonne für Solar: Kann bei Photovoltaik ein Leistungsverlust durch Hitze entstehen?

Die Vorstellung, dass Solarmodule immer höhere Leistung bringen, je mehr die Sonne scheint, ist in erster Linie richtig. Zunächst führt eine stärkere Sonneneinstrahlung tatsächlich zu einem erhöhten Ertrag – aber nur bis zu einem bestimmten Punkt. Denn wenn die Temperaturen der PV-Module über einen optimalen Bereich von 20 bis 25 Grad Celsius hinausgehen, kehrt sich der Effekt um. An heißen Sommertagen kann es also bei deiner PV-Anlage zu einem Leistungsverlust kommen, wenn die Temperatur der Module zu hoch ist. Die Photovoltaikanlage kann dadurch trotz viel Sonne weniger Strom produzieren.

Das hättest du wahrscheinlich nicht erwartet. Bei Photovoltaik geht man ja davon aus, dass mehr Sonne mehr Ertrag bringt. Tatsächlich ist Hitze für die Solarzellen nicht so gut, genauso wenig wie für andere Geräte, wie zum Beispiel dein Smartphone. Warum deine PV-Anlage bei großer Hitze an Leistung verliert, erklären wir dir jetzt.

Solarmodule können tatsächlich zu heiß werden. Besonders im Sommer, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist und die direkte Sonneneinstrahlung anhält, können die Temperaturen auf den Modulen auf über 70 Grad Celsius steigen. Deswegen sind moderne PV-Module oft so konzipiert, dass sie bei Hitze weniger stark an Effizienz verlieren. Ein Leistungsverlust der Photovoltaik kann dennoch nicht ganz verhindert werden. Mit einer professionellen Montage und guten Belüftung der Module kannst du die Überhitzung verlangsamen und dadurch die Effizienz deiner Anlage steigern.

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Eine steigende Umgebungstemperatur belastet ab bestimmten Temperaturen die physikalische Struktur der Solarzellen. Bei Hitze bewegen sich die Elektronen innerhalb der Solarzellen schneller, was den inneren Widerstand erhöht. Es wird also weniger Strom erzeugt, da sich der Wirkungsgrad von Photovoltaik in Abhängigkeit von der Temperatur verringert. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel der eintreffenden Sonneneinstrahlung von den Solarzellen in nutzbaren Strom umgewandelt wird; je höher der Wirkungsgrad, desto effizienter die Energieumwandlung.

Dieser Leistungsverlust bei PV-Modulen durch Wärme ist also physikalisch bedingt und wird mit dem Temperaturkoeffizienten jedes Moduls gemessen. Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie empfindlich die Module auf steigende Temperaturen reagieren. Angenommen, der Temperaturkoeffizient eines Solarmoduls beträgt -0,4 Prozent pro Grad Celsius. Das bedeutet, dass die Leistung des Moduls um 0,4 Prozent für jedes Grad über 25 Grad Celsius abnimmt. So wird der Zusammenhang zwischen der Einstrahlung der Sonne und dem Ertrag einfach dargestellt.

Nun kennst du die technischen Komponenten, doch was bedeutet das genau für die Leistung von Photovoltaik bei Hitze? Solarmodule verlieren meist ab 25 Grad Celsius pro Grad Temperaturanstieg im Durchschnitt 0,4 bis 0,5 Prozent ihrer Leistung. Das bedeutet, dass hohe Temperaturen über längere Zeiträume die Effizienz der gesamten PV-Anlage bei Hitze reduzieren. Maximale Sonneneinstrahlung ohne Verschattung ist daher nicht immer das Beste für deine Stromproduktion über Photovoltaik, da ein Leistungsverlust durch die Hitze entstehen kann. Das ist dann der Fall, wenn uns im Sommer sehr heiße Tage erwarten, bei denen kein Wölkchen am Himmel ist, das Schatten spenden könnte. Dann kann deine Solaranlage in den Mittagsstunden, wenn die Sonne einen hohen Stand hat, überhitzen und weniger Strom produzieren. In den Nachmittag- und Abendstunden kann die PV-Anlage jedoch wieder abkühlen und der Leistungsverlust durch Wärme ist kein Thema mehr. Auch morgens steht die Sonne in der Regel noch nicht hoch genug, sodass eine Überhitzung der Solarmodule eher unwahrscheinlich ist.

Eine gute Planung und Installation der Photovoltaikanlage können diesen Effekt an heißen Tagen jedoch minimieren. Mit optimalen Abständen zwischen den Modulen ermöglichst du eine gute Belüftung der Solarzellen. Dadurch steigt die Temperatur der Module langsamer und sie können auch schneller wieder abkühlen, wenn die Sonneneinstrahlung nachlässt. So profitierst du von höherem Ertrag und kannst die Lebensdauer deiner Solarzellen erhöhen.

Zu starke und langanhaltende Hitze ist also nicht optimal für Solarmodule, kalte Temperaturen und Verschattung bringen aber auch nicht den maximalen Ertrag. Wo liegt also die Wohlfühltemperatur von PV-Modulen? Solarzellen arbeiten am effizientesten bei einer Modultemperatur von etwa 20-25 Grad Celsius. Diese Temperatur bezieht sich allerdings auf die Module selbst und nicht auf die Umgebungstemperatur, die oft niedriger ist. Denn die Solarmodule werden durch die Sonne aufgeheizt, wodurch höhere Temperaturen entstehen als in der Umgebung. Sind es zum Beispiel draußen 30 Grad Celsius und du genießt den Sommer auf deiner Gartenliege, können die PV-Module auf deinem Dach eine weniger entspannte Temperatur von 70 Grad Celsius erreichen. Der Wirkungsgrad von Photovoltaik wird durch diese Temperatur sinken.

Direktes Sonnenlicht und hohe Außentemperaturen können die Module also besonders in heißen Sommern so stark aufheizen, dass sie über die ideale Temperatur hinauskommen. Je wärmer die Module dann werden, desto größer ist der Leistungsverlust. Zum Problem wird das jedoch in der Regel nur bei langanhaltender Hitze.

Daher lässt sich sagen: Bei gemäßigten Außentemperaturen und ausreichender Sonneneinstrahlung erzielen Photovoltaikanlagen den besten Ertrag. So können Solarzellen nahe an ihrer optimalen Temperatur arbeiten und die Leistung bleibt stabil und effizient. Du musst dadurch keinen Leistungsverlust durch Wärme bei deiner PV-Anlage hinnehmen. Bei starker Hitze hingegen kann der Wirkungsgrad von Photovoltaik aufgrund seiner Temperaturabhängigkeit nachlassen und deine Anlage produziert für ein paar Stunden am Tag weniger Strom. In den Vormittags- und Abendstunden kann deine PV-Anlage weiterhin ihr volles Potenzial ausschöpfen und die langen Tage voll ausnutzen. Wahrscheinlich ist, dass du den Leistungsverlust durch die Hitze kaum bemerkst, da die Solaranlage den Tag über viel Strom produziert und die verlorenen Prozent an Leistung für ein paar Stunden kaum ins Gewicht fallen.

Selbst an bewölkten Tagen erzeugt deine PV-Anlage weiterhin Strom. Auch wenn Wolken das Sonnenlicht scheinbar blockieren, trifft dennoch eine diffuse Strahlung auf die Module und sorgt so für eine Stromproduktion.

Tatsächlich kann die PV-Leistung bei Bewölkung sogar höher sein als an einem sonnigen Tag mit starker Hitze. Wenn die Temperaturen an klaren Tagen über 25 Grad Celsius steigen, führt die Überhitzung der Module zu einem Leistungsverlust. An kühleren, bewölkten Tagen hingegen bleibt die Temperatur oft im optimalen Bereich, was die Effizienz der Anlage verbessert und so für vergleichsweise hohe Erträge sorgen kann.

Wechselrichter sind von Hitzeperioden in der Regel weniger betroffen. Das liegt daran, dass sie nicht dauerhaft direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, wie die Solarmodule auf deinem Dach. Zumindest dann nicht, wenn sie strategisch gut platziert wurden. Beim Aufstellen des Wechselrichters sollte daher auf eine ausreichende Verschattung geachtet werden. Die Gefahr der Überhitzung ist dadurch deutlich geringer. Sollten Überhitzungsmeldungen auftauchen, solltest du sie dennoch ernst nehmen. Dadurch kann du einen Ertragsausfall verhindern und die Lebensdauer deines Wechselrichters erhalten.

Wenn die Sonne scheint, füllt das nicht nur unsere eigenen Energie- und Vitamin D-Speicher, sondern auch die Stromspeicher von unseren Photovoltaikanlagen. Viel Sonne sorgt für eine hohe Stromproduktion, die dich unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz werden lässt und dir gleichzeitig Energiekosten einspart. Kommt es zu sehr hohen Außentemperaturen und die Sonne scheint lange Zeit ununterbrochen auf deine Solarmodule, kann es auch den Modulen zu heiß werden. Sie sind dann etwas träger, genau wie wir an sehr heißen Sommertagen. Die Leistung kann für ein paar Stunden wenige Prozente abnehmen. Trotzdem ist der Sommer die optimale Zeit für deine Photovoltaikanlage, da die Tage lang sind und meist viel Sonne bieten. So kannst du an schönen Sonnentagen viel Strom selbst produzieren und deinen eigenen Haushalt mit Energie versorgen.