Klimawandel könnte Photovoltaik-Ertrag um 5 Prozent steigern

Weniger Sonnenschein, aber trotzdem mehr Solarstrom: Der Klimawandel könnte Photovoltaikanlagen in Schweden künftig höhere Erträge bescheren. Bis zum Ende des Jahrhunderts rechnen Wissenschaftler mit einem Plus von rund fünf Prozent gegenüber dem historischen Vergleichszeitraum. Der überraschende Grund: Steigende Temperaturen lassen Schnee auf den Solarmodulen früher schmelzen. Besonders im Frühjahr können die Anlagen dadurch mehr Sonnenlicht nutzen. Auch für Deutschland ist dieser Zusammenhang interessant, vor allem für schneereiche Regionen wie die Alpen und die Mittelgebirge.

Wie stark Photovoltaik vom Klimawandel beeinflusst wird, haben Wissenschaftler um Tianqi Ruan für vier schwedische Städte berechnet. Ihre im Fachjournal Communications Earth & Environment veröffentlichte Untersuchung berücksichtigt neben der Sonneneinstrahlung und Lufttemperatur auch die Schneebedeckung und den Neigungswinkel der Module. Dabei kann Schnee erhebliche Verluste verursachen: In Stockholm gehen dadurch nach früheren Untersuchungen durchschnittlich fast 15 Prozent des jährlichen Solarstromertrags verloren.

Weniger Schnee lässt Solaranlagen im Frühjahr mehr Strom erzeugen

Vor allem zwischen März und Mai könnten Solaranlagen künftig profitieren. In dieser Jahreszeit nimmt die Sonneneinstrahlung bereits deutlich zu. Bleiben die Module schneefrei, können sie das verfügbare Sonnenlicht besser nutzen. Bei höheren Temperaturen taut die Schneedecke früher ab oder rutscht leichter von den geneigten Flächen.

Im Vergleich zum historischen Zeitraum von 1951 bis 2014 ergibt sich dadurch ein durchschnittlicher Mehrertrag von rund 33 Kilowattstunden pro installiertem Kilowatt Leistung. Eine Anlage mit zehn Kilowatt Leistung würde demnach rechnerisch etwa 330 Kilowattstunden mehr Strom pro Jahr erzeugen. Dabei handelt es sich um eine langfristige Modellprojektion für schwedische Standorte, nicht um eine Prognose für einzelne Anlagen.

Photovoltaik profitiert nicht überall vom Klimawandel

Allerdings hat die Erwärmung auch Nachteile. Solarmodule arbeiten bei hohen Temperaturen weniger effizient. Steigt die Temperatur der Solarzellen, sinkt bei gleicher Sonneneinstrahlung ihre elektrische Leistung. Zusätzlich könnte eine zunehmende Bewölkung in manchen Regionen die verfügbare Sonnenenergie verringern.

Für die künftige Stromproduktion wirken deshalb mehrere Faktoren zusammen:

Sonneneinstrahlung: Mehr Sonnenlicht erhöht grundsätzlich die Stromproduktion. Im untersuchten Szenario mit hohen Emissionen nimmt die Einstrahlung an allen vier schwedischen Standorten ab.
Lufttemperatur: Wärme verringert den Wirkungsgrad der Solarzellen, begünstigt bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt aber die Schneeschmelze.
Schneebedeckung: Schnee blockiert einfallendes Licht. Kürzere Schneeperioden können die jährlichen Ertragsverluste reduzieren.

Besonders im Norden Schwedens kann der Rückgang der Schneebedeckung die Nachteile geringerer Sonneneinstrahlung und höherer Temperaturen ausgleichen. In südlichen Regionen fällt dieser Vorteil schwächer aus, weil dort bereits heute weniger Schnee liegt.

Steilere Solarmodule liefern bis zu sechs Prozent mehr Strom

Neben den Wetterbedingungen entscheidet auch die Neigung der Module über ihren Ertrag. In Schweden sind Installationswinkel von 15 Grad verbreitet. Für die untersuchten Städte ergibt sich dagegen ein künftig geeigneter Winkel von ungefähr 35 Grad. Eine steilere Aufstellung verändert den Einfallswinkel der Sonnenstrahlen und erleichtert unter geeigneten Bedingungen das Abrutschen von Schnee.

Gegenüber der üblichen flachen Installation erhöht eine standortabhängig optimierte Neigung den jährlichen Stromertrag um drei bis sechs Prozent. Das entspricht etwa 20 bis 40 Kilowattstunden pro installiertem Kilowatt Leistung. Bei einer Solaranlage mit zehn Kilowatt Leistung wären das rechnerisch zusätzliche 200 bis 400 Kilowattstunden im Jahr. Dieser Vorteil entsteht durch die angepasste Installation und ist vom klimabedingten Ertragszuwachs zu unterscheiden.

Tage ohne Solarstrom könnten deutlich seltener werden

Neben dem Jahresertrag könnte sich auch die Zuverlässigkeit der Stromproduktion verändern. In Stockholm, Göteborg und Malmö könnte sich die Zahl der Tage ohne Solarstrom im Szenario mit hohen Treibhausgasemissionen gegenüber dem historischen Zeitraum ungefähr halbieren. Auch längere Phasen ohne Stromerzeugung werden tendenziell seltener.

Vollständig verschwinden solche Unterbrechungen jedoch nicht. Selbst gegen Ende des Jahrhunderts sind in einzelnen Jahren weiterhin Ausfälle von einer bis zwei aufeinanderfolgenden Wochen möglich. Für die Stromversorgung bleibt das eine Herausforderung. Batteriespeicher und andere Energiequellen müssen längere Erzeugungslücken weiterhin überbrücken können.

In Deutschland könnte weniger Schnee ebenfalls Vorteile bringen

Auch deutsche Solaranlagen verlieren Stromertrag, wenn Schnee ihre Module bedeckt. Besonders betroffen sind schneereiche Regionen in den Alpen und höheren Mittelgebirgslagen. Dort können längere Frostperioden dazu führen, dass eine geschlossene Schneedecke über Tage auf den Modulen liegen bleibt. Mildere Winter und ein früher einsetzendes Tauwetter könnten solche Ertragsausfälle künftig verkürzen.

In weiten Teilen Deutschlands sind die Voraussetzungen allerdings anders als in Schweden. Wo Schnee selten längere Zeit liegen bleibt, fällt der mögliche Vorteil geringer aus. Gleichzeitig können steigende Temperaturen die Effizienz der Module beeinträchtigen. Ob deutsche Photovoltaikanlagen durch den Klimawandel insgesamt mehr oder weniger Strom produzieren, lässt sich aus den schwedischen Ergebnissen daher nicht ableiten.

Auch der Neigungswinkel hängt von den örtlichen Bedingungen ab. Auf deutschen Hausdächern bestimmen unter anderem Dachform, Ausrichtung, Sonnenstand und Verschattung den möglichen Ertrag. Der für Schweden errechnete Wert von ungefähr 35 Grad ist deshalb keine allgemeingültige Empfehlung für Solaranlagen in Deutschland.

Kurz zusammengefasst:

Mehr Solarstrom durch weniger Schnee: In Schweden könnten Photovoltaikanlagen durch den Klimawandel künftig rund 5 Prozent mehr Strom erzeugen, weil Schnee im Frühjahr früher schmilzt.
Der Neigungswinkel entscheidet mit: Optimal geneigte Solarmodule könnten in den untersuchten schwedischen Städten jährlich 3 bis 6 Prozent mehr Strom liefern als die dort üblichen flachen Anlagen.
Deutschland profitiert nicht automatisch: In schneereichen Regionen könnten mildere Winter die Stromproduktion verbessern, während höhere Temperaturen die Leistung der Solarmodule verringern können.

Übrigens: In Schweden liefern Solarmodule sogar Strom, während darunter Brokkoli wächst – trotz deutlich weniger Sonnenlicht erreichten die Pflanzen fast ihre normale Größe, brauchten dafür allerdings 25 Tage länger. Mehr dazu in unserem Artikel.

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