Funktioniert Photovoltaik auch ohne Sonne? Leistung bei Wolken, Regen und Schatten

Eine der häufigsten Fragen zur Photovoltaik lautet: Funktioniert Photovoltaik auch ohne Sonne? Die kurze Antwort: Ja, Photovoltaikanlagen erzeugen auch bei bewölktem Himmel, bei Regen und sogar bei Schnee Strom – allerdings deutlich weniger als bei direkter Sonneneinstrahlung. In diesem Beitrag erklären wir detailliert, wie sich verschiedene Wetterbedingungen auf die Leistung einer PV-Anlage auswirken.

Um diese Frage zu verstehen, muss man zwischen direkter und diffuser Strahlung unterscheiden. Direkte Strahlung kommt geradlinig von der Sonne und wirft scharfe Schatten. Diffuse Strahlung entsteht, wenn Sonnenlicht in der Atmosphäre an Wolken, Staub und Wasserdampf gestreut wird. Sie kommt aus allen Richtungen des Himmels und erzeugt keine Schatten. An einem bewölkten Tag besteht die Strahlung fast ausschließlich aus diffusem Licht.

Moderne Solarzellen können sowohl direkte als auch diffuse Strahlung in Strom umwandeln. Bei geschlossener Wolkendecke erreicht die Einstrahlung typischerweise 10 bis 30 Prozent des Wertes bei klarem Himmel. Die PV-Anlage erzeugt also auch an bewölkten Tagen Strom, wenn auch deutlich weniger. Bei leichter Bewölkung oder dünnen Wolken können noch 50 bis 70 Prozent der Maximalleistung erreicht werden.

Interessant ist der sogenannte Lensing-Effekt: Wenn die Sonne am Rand einer Wolke erscheint, kann das Licht durch die Wolke wie durch eine Linse verstärkt werden. In diesen kurzen Momenten kann die Einstrahlung sogar höher sein als bei wolkenlosem Himmel, was zu kurzzeitigen Leistungsspitzen führt, die über der Nennleistung der Anlage liegen können. Dieser Effekt ist zeitlich begrenzt, zeigt aber, dass Wolken die Solarstromerzeugung nicht nur hemmen, sondern gelegentlich auch begünstigen können.

Bei Regen ist die Stromerzeugung naturgemäß gering, da dichte Regenwolken nur wenig Licht durchlassen. Typische Werte liegen bei 5 bis 15 Prozent der Maximalleistung. Allerdings hat Regen auch einen positiven Nebeneffekt: Er reinigt die Module von Staub und Schmutz und verbessert so die Leistung nach dem Regenschauer. Zudem kühlt der Regen die Module, was den Wirkungsgrad leicht verbessert.

Schnee auf den Modulen reduziert die Stromerzeugung stark bis auf null, solange die Fläche bedeckt ist. Allerdings rutscht Schnee von glatten, schräg montierten Modulen relativ schnell ab, insbesondere wenn die Module sich durch die geringe Reststrahlung erwärmen. Eine dünne Schneeschicht kann sogar als Reflektor wirken und die diffuse Strahlung auf die Module verstärken, sobald der direkt auf den Modulen liegende Schnee abgerutscht ist.

Nebel reduziert die Einstrahlung erheblich und senkt die Leistung der PV-Anlage auf etwa 10 bis 20 Prozent. In nebelreichen Regionen, beispielsweise in Flusstälern, sollte dies bei der Planung berücksichtigt werden. Im Jahresverlauf sind nebelreiche Perioden jedoch in der Regel auf wenige Wochen begrenzt und fallen typischerweise in die ohnehin ertragsschwachen Herbst- und Wintermonate.