Weniger Strom trotz praller Sonne Warum Solarmodule im Sommer schwächeln

Solaranlagen lieferten jüngst ein Drittel des deutschen Stroms. Trotzdem sorgte das Traumwetter nicht für einen Leistungsrekord: Den gab es ausgerechnet im Frühling, als die Sonne weniger stark schien.

Temperaturen weit über dreißig Grad, strahlender Sonnenschein von Sylt bis Berchtesgaden - in der vergangenen Woche zeigte sich der Sommer fast überall in Deutschland in bestechender Form. Die Freibäder waren voll, die Schlangen vor den Eisdielen lang.

Beste Bedingungen also für die 1,6 Millionen deutschen Fotovoltaikanlagen?

In der Tat liefen die Solarsysteme auf Hochtouren: In den landesweit weitgehend wolkenlosen Mittagsstunden des 21. Juni zum Beispiel lieferten sie laut Datenbank des Think Tanks Agora Energiewende in der Spitze eine Leistung von fast 28 Gigawatt. Damit deckten sie zu diesem Zeitpunkt 35 Prozent des deutschen Strombedarfs.

Weniger Sonne, mehr Strom

Am 19. Juni erreichten die Fotovoltaikanlagen bei ähnlichen Wetterverhältnissen mittags gar 29,5 Gigawatt. Das entspricht etwa der Leistung von fünfzig mittelgroßen Kohlekraftwerksblöcken.

Ein Rekord ist das jedoch nicht. Der wurde bereits im Frühling aufgestellt: Am 27. Mai kamen die Solarsysteme um 13 Uhr auf eine Leistung von 30,7 Gigawatt. Am 30. April waren es zu gleicher Zeit mit 30,6 Gigawatt fast genauso viel - und das, obwohl die Sonneneinstrahlung im April deutlich geringer ist als im Mai und Juni.

Und selbst im nicht sehr strahlungintensiven März erzielten die Solaranlagen an einigen Tagen in der Spitze ähnliche Werte wie in der vergangenen Woche. Auch in den Vorjahren lag die Leistung im Frühling oder Herbst mitunter höher als an sonnigen Sommertagen.

Heiße Zellen mit geringerer Spannung

Warum ist das so? "Wenn Solarzellen heiß werden, nimmt ihre Spannung ab", erklärt Ralf Preu vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme. Dieser physikalische Effekt führe dazu, dass die Leistung der Zellen sinke.

In der vergangenen Woche war es mittags fast überall in Deutschland weit über dreißig Grad warm, während die Temperaturen am 30. April und auch Ende März kaum zwanzig Grad erreichten. Die dunklen Solarmodule heizen sich bei Sonnenschein schnell auf, sodass ihre Temperatur rund dreißig Grad höher liegt als die der Luft.

"Pro Grad Temperaturzunahme sinkt die Spannung herkömmlicher Silizium-Solarmodule um etwa 0,4 Prozent", erläutert Preu. In der Folge geht die Leistung ungefähr um den gleichen Wert zurück. Bei 35 Grad Lufttemperatur liegt sie also rund sechs Prozent niedriger als bei 20 Grad. Das macht den Vorteil der stärkeren Einstrahlung wieder zunichte.

Feuchte Luft streut Sonnenstrahlen

Der Einfluss der Temperatur ist auch ein wichtiger Grund dafür, dass die Leistungsrekorde deutlich geringer ausfallen als die offiziell angegebene Kapazität der in Deutschland installierten Solaranlagen - derzeit fast 42 Gigawatt. "Bei der Bemessung der Modulleistung werden Laborbedingungen zugrunde gelegt. Dazu gehört eine Zelltemperatur von 25 Grad. In der Praxis werden die Anlagen aber deutlich heißer", sagt Sebastian Neubert vom Helmholtz-Zentrum Berlin.

Darüber hinaus gibt es noch einen weiteren meteorologischen Effekt, der ebenfalls einen - wenn auch geringeren - Einfluss auf die Module hat. "Bei höherer Luftfeuchtigkeit nimmt die Leistung ab", sagt Fraunhofer-Forscher Preu. Schuld daran sind die Wassermoleküle in der Luft. Sie sorgen dafür, dass weniger Solarstrahlung direkt auf die Module trifft. Stattdessen nimmt der Anteil der diffusen Strahlung zu. Sie kann von den Zellen jedoch nicht so gut verwertet werden. Da im gewitterreichen Sommer die Luftfeuchtigkeit oft hoch ist, macht sich das zu dieser Jahreszeit stärker bemerkbar als im Frühjahr.

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Foto: Ralph Diermann

Dazu kommt: Längst nicht jede Solaranlage ist so ausgerichtet, dass sie bei starker Sonneneinstrahlung im Sommer auch maximale Leistung liefert. "Der Neigungswinkel der Module wirkt sich auf den Ertrag einer Anlage aus", erklärt Neubert. Optimal ist, wenn die Module im 90-Grad-Winkel zur Sonne stehen. Ein relativ flacher Installationswinkel ist daher im Sommer ideal, ein etwas steilerer bei niedrigerem Sonnenstand im Frühjahr oder Herbst.

Auch Kohle- und Atomkraftwerke im Hitzestress

Geringere Leistung bei hohen Temperaturen - das betriff nicht nur Fotovoltaikanlagen. Auch Kohle- und Atomkraftwerke leiden unter Hitzestress. Sie kühlen ihre Anlagen in der Regel mit Wasser, das sie nahe gelegenen Flüssen abzapfen und auch dort wieder einleiten. Wenn im Sommer das Wasser ohnehin wärmer ist, besteht die Gefahr, dass das Kühlwasser zu einer Überhitzung des Flusses führt. Darunter leiden Tiere und Pflanzen.

Aus diesem Grund musste das Schweizer Atomkraftwerk Mühleberg in der vergangenen Woche seine Leistung um fünf Prozent reduzieren. Anlagen in Deutschland waren in diesem Jahr noch nicht betroffen - anders als in den heißen Sommern 2003 und 2010, als mehrere Kraftwerke gedrosselt wurden. Mit dem Klimawandel könnte es künftig deutlich häufiger zu solchen Situationen kommen.