Wenn die Sonne tief steht: Die Physik des Winterbetriebs

Viele Eigenheimbesitzer erleben jedes Jahr aufs Neue die Ernüchterung: Während die Photovoltaik-Anlage im Sommer Überschüsse produziert, fällt die Leistungskurve im November steil ab. Dabei liegt das nicht nur an der geringeren Strahlungsintensität. Entscheidend ist der flache Einstrahlwinkel. Stellen Sie sich vor, eine Taschenlampe scheint senkrecht auf einen Tisch – das ist Sommer. Im Winter trifft der Lichtkegel schräg auf dieselbe Fläche, die Energie verteilt sich dünner. Dazu kommen praktische Hürden: Raureif, Schneelasten oder gar vereiste Strings können die Erträge auf 10-20% der Spitzenleistung drücken.

Ein interessanter Aspekt ist der Kältebonus: Module arbeiten bei klirrender Kälte effizienter. Minusgrade erhöhen den Wirkungsgrad um bis zu 0,4% pro Grad Celsius – wenn denn die Sonne scheint. Doch das ist der Knackpunkt: In deutschen Wintern dominieren diffuse Strahlungsbedingungen. Hochwertige Glas-Glas-Module mit verbesserter Lichtabsorption im blauen Spektrum gewinnen hier entscheidende Prozentpunkte. Billigmodule zeigen dagegen oft dramatische Einbrüche.

Schnee, Eis, Kurztage: Praxistipps für stabile Wintererträge

1. Neigungswinkel-Optimierung: Faustregeln wie „32 Grad sind ideal“ greifen hier zu kurz. Für Wintererträge sind 45-60° besser – allerdings auf Kosten des Sommerertrags. Eine Lösung: nachrüstbare Aufstellsysteme mit manueller oder motorischer Winkelverstellung. Wer im Allgäu wohnt, braucht andere Geometrie als Niederrhein-Bewohner.

2. Schneemanagement: Vom Dach kratzen? Lebensgefährlich und Modulschäden garantiert. Besser:

• Gläser mit Hydrophob-Beschichtung nutzen, die Schnee leichter abrutschen lassen
• Backup-Plan für Stromausfälle: Notstromfähige Wechselrichter mit Schwarzstart-Funktion
• Vorsicht bei „Heizdrähten“ – hoher Energieverbrauch kann den wirtschaftlichen Nutzen zunichte machen

3. Batteriespeicher-Dimensionierung: Überdimensionierte Speicher sind im Winter teure Ladenhüter. Besser: Speicher mit dynamischem Lademanagement, die sich an die reduzierten Solarerträge anpassen. Lithium-Eisenphosphat (LFP)-Akkus punkten hier mit besserer Kältefestigkeit als NMC-Varianten.

Dabei zeigt sich: Die Wintertauglichkeit wird oft schon beim Design verspielt. Wer seine Anlage nur auf kWp-Peakleistung trimmt, kauft sich ein Sommerfahrzeug.

Wärmepumpen unter Frostbedingungen: JAZ ist nicht alles

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist der Heilige Gral der Wärmepumpen-Effizienz. Doch im Winterbetrieb bei -7°C Außentemperatur zählt die Leistungszahl (COP) im Teillastbetrieb. Entscheidend ist das Temperaturmanagement zwischen Wärmequelle und Heizsystem. Luft-Wasser-Pumpen brauchen bei Minusgraden oft elektrische Zusatzheizungen – die Stromfresser schlechthin. Erdreich- oder Grundwasseranlagen laufen stabiler, sind aber aufwendiger.

Praxistipp: Kombinieren Sie die Hydraulikeinheit mit einem Pufferspeicher. Der puffert Vereisungszyklen bei Luftpumpen ab und nutzt PV-Überschüsse effizienter. Moderne Geräte wie die Vaillant aroTHERM plus oder Stiebel Eltron WPL 25 bieten integrierte Kältemittel-Kreisläufe mit Invertertechnik, die auch bei -20°C noch ohne Heizstab auskommen. Das kostet zwar 15-20% mehr in der Anschaffung – amortisiert sich aber in 3-5 Wintern.

Anbieter-Check: Woran Sie Profis erkennen

Der Markt ist voll von Solar- und Wärmepumpen-Installateuren. Doch Wintertauglichkeit setzt Fachwissen voraus. Achten Sie auf diese Qualitätsmerkmale:

1. Winterprotokolle statt Sommerversprechen: Seriöse Anbieter legen Ertragsprognosen für Dezember/Januar vor – basierend auf historischen Strahlungsdaten Ihrer Region. Fragen Sie explizit nach Teillastverhalten der Wechselrichter und COP-Werten der WP bei -5°C.

2. Hydraulischer Abgleich als Pflichtprogramm: 70% der Wärmepumpen-Probleme entstehen durch falsch eingestellte Heizkreise. Ein Anbieter, der diesen Check nicht anbietet, ist unseriös. Fordern Sie den Berechnungsbogen nach VDI 4645.

3. Schneelastnachweise: Dachstatik ist Chefsache. Gute Planer zeigen statische Berechnungen für Ihre konkrete Modulanordnung inkl. regionaler Schneelastzonen (z.B. DIN EN 1991-1-3).

Nicht zuletzt: Meiden Sie Komplettanbieter, die beides aus einer Hand versprechen, aber weder TÜV-Zertifikate für Elektroarbeiten noch SHK-Fachbetriebsstatus vorweisen können. Die Schnittstellen zwischen PV und Wärmepumpe sind zu komplex für Allrounder.

Die perfekte Symbiose: Wie PV und Wärmepumpe im Winter tanzen

Intelligentes Energiemanagement ist der Schlüssel. Mit simplen Steuerungen wie der E3DC S10 oder Kostal Plenticore lassen sich Wärmepumpen so ansteuern, dass sie vorrangig bei PV-Überschuss laufen – selbst bei schwachem Winterlicht. Beispiel: Bei 800W PV-Überschuss schaltet die Steuerung die WP für 20 Minuten ein, um den Puffer um 0,5°C anzuheben. Das entlastet das Stromnetz und spart Netzentgelte.

Dabei zeigt sich: Je besser die Komponenten kommunizieren, desto höher der Autarkiegrad. Wer auf herstellerübergreifende Protokolle wie EEBus oder SHIP setzt, ist flexibler. Ein interessanter Trend sind cloudbasierte Dienste wie Solar-Log Smart Energy, die Wetterprognosen mit Verbrauchsprofilen koppeln und die WP schon vor Sonnenaufgang mit Nachtstrom vorheizen – sobald die PV einspeist, wird nachgeladen.

Förderdschungel und Wirtschaftlichkeit: Rechnen Sie mit harten Wintern

BAFA und KfW fördern zwar PV-Speicher und Wärmepumpen – aber die Bedingungen sind tückisch. Für Wärmepumpen gibt es nur bei JAZ-Werten über 4,5 die volle Förderung. Achten Sie auf die offizielle Berechnungsmethodik nach VDI 4650. Bei PV-Anlagen werden Speicher nur gefördert, wenn sie netzdienlich arbeiten – sprich: Überschüsse nicht bei Sonnenschein einspeisen, sondern zwischenspeichern.

Meine klare Empfehlung: Kalkulieren Sie die Amortisation immer mit 5 Vollwintern. Setzen Sie Strompreise von mindestens 35 ct/kWh an und rechnen Sie mit jährlichen Degradationsraten der Module von 0,5%. Hochwertige Systeme mit Winteroptimierung liegen bei 8-12 Jahren Amortisation – Billiganbieter kommen nie aus den roten Zahlen raus, wenn man die Ersatzinvestition nach 15 Jahren einrechnet.

Checkliste: Das müssen Sie Ihrem Anbieter vor der Unterschrift fragen

• „Zeigen Sie mir die Ertragsprognose für Januar – mit welchem Strahlungsmodell wurde gerechnet?“ (Erwartbare Antwort: Satellitendaten-basiert wie PV*SOL oder Meteonorm)
• „Welche COP-Werte erreicht die Wärmepumpe bei -7°C Außentemperatur und 35°C Vorlauftemperatur?“ (Achtung: Herstellerangaben sind oft geschönt!)
• „Wie wird der hydraulische Abgleich dokumentiert?“ (Muss Messprotokolle umfassen)
• „Welche Komponenten haben Kältezertifikate nach IEC 60068-2-1?“ (Besonders bei Wechselrichtern und Speichern kritisch)
• „Bieten Sie Garantie auf Schneelast-Schäden?“ (Seriöse Anbieter: Ja, inkl. Statiknachweis)

Zukunftsmusik: Was sich im Winterbetrieb bald ändern wird

Bifaziale Module, die auch Licht von der Rückseite nutzen, profitieren im Winter doppelt: Schnee reflektiert Streulicht wie ein natürlicher Reflektor. Erste Feldtests im Schwarzwald zeigen Winterertragssteigerungen von 8-12%. Auch Wärmepumpen entwickeln sich rasant: CO₂ als Kältemittel (R744) arbeitet auch bei -25°C noch mit COPs über 2,0 – allerdings bei höheren Drücken, die spezielle Komponenten erfordern.

Vielversprechend sind hybride Systeme wie die Alpha Innotec SWI, die Luft- und Erdwärme kombinieren: Bei milden Temperaturen läuft die günstige Luft-WP, bei Frost schaltet das System auf Solebetrieb um. Nicht zuletzt wird KI-gestütztes Lastmanagement den Winterbetrieb revolutionieren. Systeme wie Gridbooster von SolarEdge prognostizieren Schneefälle und laden Speicher präventiv voll – ein digitaler Winterdienst für die Energieanlage.