Der Energieertrag einer Photovoltaikanlage hängt von der Menge der einfallenden Sonnenstrahlen ab. Diese wird von der Globalstrahlung (die Sonneneinstrahlung, die bei uns auf der Erdoberfläche ankommt) beeinflusst. In Österreich liegt diese zwischen 1.000 kWh/m² und 1.400 kWh/m², abhängig von Standort, Jahreszeit und Tageszeit. Eine optimale Ausrichtung und Neigung der PV-Module, etwa eine Südausrichtung und ein Neigungswinkel von 30°, können die Globalstrahlung auf bis zu 1.700 kWh/m² steigern. Der größte Teil der Energie wird in den Sommermonaten produziert, jedoch entfallen auch etwa 20 – 30 % des Jahresertrags auf das Winterhalbjahr.
Schnee auf den PV-Modulen kann den Energieertrag verringern, jedoch in einem geringeren Umfang als häufig angenommen. Während eine dünne Schneedecke von 10 bis 15 cm die Produktion noch zulässt, blockiert eine dickere Schicht ab 15 cm die Sonneneinstrahlung fast vollständig. Auch wenn PV-Module sich selbst erwärmen und dadurch den Schnee teilweise abschmelzen, bleibt die Herausforderung bestehen, die Energieproduktion im Winter zu maximieren.
Auswirkungen der Schneelast und potenzielle Schäden
Neben der Ertragsminderung kann die Schneelast auch strukturelle Schäden an den PV-Modulen verursachen. Je nach Schneebeschaffenheit kann die Last stark variieren: 10 cm Pulverschnee entsprechen etwa 10 kg/m², während 10 cm Nassschnee bis zu 40 kg/m² auf die Module drücken können. Standard-PV-Module sind für Belastungen von rund 2.400 Pascal (ca. 245 kg/m²) ausgelegt, was in den meisten Fällen ausreicht. In besonders schneereichen Regionen werden jedoch verstärkte Module mit einer Tragkraft von bis zu 8.000 Pascal benötigt.
Präventive Maßnahmen: Montage und Neigung der PV-Anlage
Sollten Sie sich noch im Planungsprozess einer PV-Anlage befinden, so gibt es bereits bei der richtigen Montage und Planung Möglichkeiten, um zukünftige Probleme mit Schnee zu minimieren.
Eine höhere Neigung der PV-Module (ab ca. 35 Grad) kann dazu beitragen, dass Schnee schneller abrutscht. Allerdings muss hier ein Kompromiss gefunden werden, da eine zu steile Neigung im Sommer zu Ertragseinbußen führen kann. Nicht vergessen werden dürfen bei diesen Maßnahmen aber entsprechende Schneefang- oder Schneerechensysteme, um eventuelle Dachlawinen zu vermeiden.
Ebenso können Bäume oder hohe Gebäude, die im Winter zusätzliche Schatten auf die PV-Anlage werfen, den Schneeräumungsprozess verlangsamen.
Schneemanagement: Techniken und Methoden für den Winterbetrieb
Um Ertragseinbußen und Schäden zu minimieren, gibt es verschiedene Ansätze und Systeme zum Schneemanagement bei PV-Anlagen. Von passiven bis hin zu aktiven Systemen bieten sie unterschiedliche Möglichkeiten, die Effizienz der Anlagen im Winter zu steigern.
Schneefangsysteme: Sicherheit an erster Stelle
Schneefanggitter oder -haken sind einfache, aber effektive Systeme, die verhindern, dass große Schneemassen plötzlich von den Modulen oder vom Dach abrutschen. Dies schützt nicht nur die Module, sondern auch Personen und Objekte, die sich in der Nähe der Anlage befinden. Nicht vergessen werden darf hierbei, dass die Schneefanggitter die PV-Module um mindestens 60 mm überragen. Besonders wenn die Module nachträglich angebracht wurden, sind bereits bestehende Schneefangsysteme meist zu niedrig dimensioniert.
Wann sinnvoll?
Schneefangsysteme sind besonders bei steilen Dächern ratsam, um Dachlawinen zu verhindern. Sie haben allerdings keinen direkten Einfluss auf die Stromproduktion, sondern dienen primär der Sicherheit.
Vorteile: Diese Systeme sind besonders effektiv, um den Ertrag schnell wiederherzustellen, sobald die Module durch Schnee blockiert sind.
Nachteile: Mechanische Systeme erfordern regelmäßige Wartung und bergen das Risiko von Beschädigungen, wenn unsachgemäß gearbeitet wird. Zudem ist ihre Installation kostspielig.
Mechanische Schneeräumung: Effizienzsteigerung durch Schneeentfernung
Für mittlere bis hohe Schneelasten lohnt sich der Einsatz mechanischer Schneeräumungssysteme, die den Schnee aktiv von den Modulen entfernen. Hierzu zählen automatische Bürsten oder spezielle Abstreifsysteme, die den Schnee manuell oder automatisiert von den Modulen schieben. Die simpelste mechanische Lösung ist der Einsatz eines Besens mit langem Griff. Hierbei ist aber darauf zu achten, dass die Borsten die Module nicht verkratzen.
Wann sinnvoll? Besonders in schneereichen Gebieten, in denen der Schnee lange auf den Modulen verbleibt und den Ertrag erheblich verringert, kann sich der Einsatz von thermischen Systemen lohnen.
Nachteile: Der Energieverbrauch solcher Systeme ist hoch, wodurch ein Teil der produzierten Energie für das Schmelzen des Schnees aufgewendet werden muss.
Thermische Systeme: Schmelzen statt Schieben
Thermische Schneemanagementsysteme arbeiten mit Heizdrähten oder integrierter Erwärmung der Module, um den Schnee abzutauen. Durch eine leichte Erwärmung der Module um 2 – 3 °C wird der Schnee geschmolzen oder zum Abrutschen gebracht.
Eine weitere thermische Methode, um den Schnee zu entfernen, ist das Schmelzen mittels Wasser. Bei der Verwendung von Leitungswasser können sich somit aber auch Kalkablagerungen auf den Modulen bilden, die in weiterer Folge erst recht zu Effizienzverlusten führen.
Wann ist eine Schneeräumung sinnvoll?
Nicht in allen Fällen ist es nötig, den Schnee von den PV-Modulen zu entfernen. Leichte Schneedecken beeinflussen die Stromproduktion aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit nur geringfügig, während bei dickeren Schichten ab etwa 15 cm eine Schneeräumung sinnvoll sein kann, insbesondere wenn die Schneelast die maximale Belastungsgrenze der Module erreicht. Hier sollten Fachleute beauftragt werden, um die Module nicht zu beschädigen und Verletzungen zu vermeiden.
Eine professionelle Räumung ist meist nur dann gerechtfertigt, wenn die Gefahr von strukturellen Schäden besteht. Kostenintensive Maßnahmen lohnen sich oft nicht, da der Ertragsrückgang in der Regel nicht hoch genug ist, um den Einsatz von Fachpersonal zu rechtfertigen.
Wartung und Vorsorge
Während PV-Module im Winter keine spezielle Wartung benötigen, kann eine Reinigung im Herbst die Effizienz im Winter verbessern. Staub und Schmutz auf den Modulen verringern die ohnehin geringere Sonneneinstrahlung im Winter zusätzlich. Zudem können Hausbesitzer durch eine vorausschauende Planung, wie die Anordnung der Module und die Installation von Schneefanggittern, Schäden durch Dachlawinen und Schneelasten verhindern.
Gut durch den Winter mit intelligentem Schneemanagement
Die Ertragsverluste durch Schnee halten sich in Regionen unter 1000 Meter Seehöhe in Grenzen (1 – 4 %), weshalb die Installation aufwendiger Schneemanagement-Systeme aus wirtschaftlicher Sicht oftmals wenig sinnvoll ist. Um strukturelle Beschädigungen, aber auch Personenschäden, bestmöglich zu vermeiden, ist ein gut geplantes Schneemanagement-System essenziell.
Ob passive Systeme wie Schneefanggitter, aktive mechanische oder thermische Räumungssysteme – jede Lösung hat ihre Vor- und Nachteile. Letztlich sollten Betreiber ihre Anlage standortspezifisch planen und Fachleute einbeziehen, um eine maximale Effizienz auch im Winter zu gewährleisten.
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