Die Auswirkungen von Herbst und Winter auf Photovoltaik-Systeme werden oft unterschätzt. Faktoren wie fallendes Laub, Vogelkot, Staub, flacher Sonnenstand, Schneebedeckung und Temperaturschwankungen beeinträchtigen nicht nur die Moduleffizienz, sondern können auch Sicherheitsrisiken verursachen. Werden diese Probleme nicht richtig behandelt, steigen die Betriebskosten und die Lebensdauer der Module verkürzt sich. Dieser Artikel fasst sechs häufige Probleme von PV-Modulen im Herbst und Winter zusammen und gibt Hinweise zu Schutzmaßnahmen, damit Projekte bereits in der Planungs- und Betriebsphase darauf vorbereitet sind.

• Laubbedeckung
• Verschmutzung durch Vogelkot und Staub
• Niedrigstehende Sonneneinstrahlung
• Schneebedeckung
• Niedrige Temperaturen und thermische Ausdehnung/Kontraktion
• Elektrische Risiken und Hotspots

Laubbedeckung

Im Herbst stellen herabfallende Blätter eine der häufigsten Gefahren für Photovoltaik-Module dar. Dächer oder Freiflächenanlagen, die von Bäumen umgeben sind, sind besonders anfällig für die Ansammlung von Laub auf der Moduloberfläche. Selbst wenn nur wenige Zellen teilweise bedeckt sind, kann dies zu ungleichmäßigen Stromflüssen führen und das Risiko von Hotspots erhöhen. Mit den durch den Klimawandel bedingten Extremwetterereignissen tritt das Problem der Laubbedeckung in vielen europäischen Städten und Industriegebieten besonders deutlich hervor.

Die wirksamste Schutzmaßnahme ist die regelmäßige Reinigung, um die Moduloberfläche sauber zu halten. Bei Projekten, die von Bäumen umgeben sind, kann auch das Beschneiden von Ästen in Betracht gezogen werden. Dies reduziert nicht nur die Laubansammlung auf dem PV-System, sondern trägt auch zur gesunden Entwicklung der Bäume in den kommenden Jahren bei. Darüber hinaus lässt sich durch eine geeignete Ausrichtung der Module und die Planung von Entwässerungskanälen bereits in der Systemplanung das Risiko einer langfristigen Laubablagerung verringern und so die Gefahr von Verschattungen an der Quelle minimieren.

Verschmutzung durch Vogelkot und Staub

Staub kann Sonnenstrahlung reflektieren, streuen und absorbieren und dadurch die Lichtdurchlässigkeit der PV-Module sowie die Gesamtleistung des Systems verringern. Eine ungleichmäßige Staubablagerung führt zudem zu unregelmäßiger Einstrahlung und reduziert so die Leistungsfähigkeit der Module. In Herbst und Winter begünstigt die höhere Luftfeuchtigkeit das Anhaften von Schmutzpartikeln, die über längere Zeit auf der Oberfläche verbleiben. Gleichzeitig fehlt es aufgrund geringerer Niederschläge an natürlicher Reinigung, was die Säuberung erschwert. Zudem ist der Herbst die Zeit der Vogelwanderung und -ansammlungen, wodurch die Aktivität von Vögeln in der Nähe von Dächern in Stadt- und Landgebieten zunimmt und das Risiko von Verschmutzungen steigt. Werden diese Ablagerungen nicht regelmäßig entfernt, verringern sie die Lichtdurchlässigkeit, mindern die Energieerträge und können sogar lokale Hotspots verursachen.

Zur Risikominimierung sollten die Module regelmäßig gereinigt werden. Empfohlen wird das Spülen mit Niederdruckwasser oder das sanfte Abwischen mit einer weichen Bürste. Der Einsatz von kaltem Wasser bei starker Sonneneinstrahlung sollte vermieden werden, um Glasrisse durch thermische Spannungen zu verhindern. Bei stärker verschmutzten Anlagen kann an den Modulrändern ein umweltfreundliches Vogelschutznetz installiert werden, um Nistplätze unter den Modulen zu vermeiden und Ablagerungen zu reduzieren. Für große Solarparks können zudem automatische Reinigungssysteme oder einfache Bürsten-Wasser-Systeme eingesetzt werden, um die durch Staub verursachten Ertragsverluste zu senken.

Niedrigstehende Sonneneinstrahlung

Mit Beginn des Herbstes und Winters sinkt der Sonnenstand deutlich, die Tageslichtstunden verkürzen sich, und die Photovoltaik-Module erhalten weniger Einstrahlung, was die Energieerzeugung beeinträchtigt. Besonders in Regionen mit hohen Breitengraden ist dieser Effekt stark ausgeprägt. In städtischen Umgebungen verstärken umliegende Gebäude, Bäume und andere Hindernisse die Verschattung bei niedrigem Sonnenstand zusätzlich und reduzieren die Systemleistung weiter.

In der Projektplanungsphase sollte die Installation von PV-Anlagen möglichst an Standorten erfolgen, die nicht von vielen Gebäuden, Strommasten oder Bäumen umgeben sind. Zudem sollte der Modulneigungswinkel entsprechend dem lokalen Breitengrad optimiert werden, um saisonale Verschattung zu minimieren. Für bestehende Anlagen, bei denen der Platz begrenzt ist oder Verschattungen bestehen, können Mikro-Wechselrichter oder Leistungsoptimierer eingesetzt werden, um die Auswirkungen partieller Verschattung zu reduzieren. Wo es die Bedingungen erlauben, können auch einachsige oder zweiachsige Nachführsysteme integriert werden, um die Stromerträge bei niedrigem Sonnenstand zu steigern.

Schneebedeckung

Im Winter können Photovoltaik-Module über längere Zeiträume von Schnee bedeckt sein. Dies führt nicht nur zu Unterbrechungen der Stromproduktion, sondern erhöht auch die strukturelle Belastung für Gestelle und Dächer durch das zusätzliche Gewicht. In Regionen mit starkem Schneefall, wie Deutschland oder Polen, ist dieses Risiko besonders hoch. Aber auch in Gebieten mit seltenen Schneefällen können plötzliche starke Schneefälle kurzfristige Stillstände verursachen. Noch kritischer sind Schneeregen oder Eisregen, die eine harte Eisschicht auf der Moduloberfläche bilden, Licht blockieren und den Druck auf die Konstruktion erhöhen.

Bereits in der Planungsphase sollten Gestellsysteme mit höherer Tragfähigkeit gewählt und glas-glas-PV-Module in Betracht gezogen werden, um die Widerstandsfähigkeit und strukturelle Zuverlässigkeit zu verbessern. Für bestehende Anlagen sollte ein Winter-Betriebs- und Wartungsplan erstellt werden, der eine rechtzeitige manuelle Schneeräumung nach starken Schneefällen vorsieht oder die Modulneigung sowie das natürliche Abrutschen des Schnees nutzt, um Ablagerungen zu verringern. In Regionen mit häufigem Schneefall können einfache Heiz- oder Enteisungssysteme eingesetzt werden, um langfristige Ertragsausfälle durch Schnee zu verhindern. Bei Vereisungen sollten harte Gegenstände oder Metallwerkzeuge zum Abkratzen vermieden werden. Stattdessen empfiehlt sich der Einsatz von warmem Wasser zur Unterstützung des Schmelzprozesses oder das Abwarten einer natürlichen Erwärmung, um Schäden an der Glasoberfläche zu vermeiden.

Niedrige Temperaturen und thermische Ausdehnung/Kontraktion

In Herbst und Winter führen deutliche Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht dazu, dass PV-Module in kalter Umgebung häufige Zyklen von Ausdehnung und Kontraktion durchlaufen. Dies kann zusätzlichen Stress auf Rahmen, Verkapselung und Glas ausüben. Besonders in den frühen Morgenstunden bildet sich oft Reif oder eine dünne Eisschicht auf der Moduloberfläche, die nach Sonnenaufgang schnell auftaut und wieder gefriert. Diese wiederholten Frost-Tau-Zyklen beschleunigen die Alterung der Verkapselung, begünstigen Mikrorisse oder Wassereintritt und beeinträchtigen damit die langfristige Zuverlässigkeit.

Zur Risikominderung sollten neben regelmäßigen Inspektionen zur rechtzeitigen Erkennung von Rissen oder Undichtigkeiten auch zusätzliche Wartungsmaßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann eine nachträgliche Abdichtung von Rahmen und Fugen verhindern, dass sich Mikrorisse ausweiten. Eine verbesserte Hinterlüftung reduziert Temperaturunterschiede und sorgt für sanftere Übergänge. In einigen Projekten können zudem wasserabweisende oder eisabweisende Beschichtungen eingesetzt werden, um die Anhaftung von Reif zu verringern und den Druck der Frost-Tau-Zyklen auf Glas und Verkapselung zu mindern. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die durch thermische Belastungen verursachte Alterung zu verlangsamen und einen stabilen Betrieb der Systeme auch im Herbst und Winter sicherzustellen.

Elektrische Risiken und Hotspots

Die verschiedenen Probleme, mit denen PV-Module im Herbst und Winter konfrontiert sind – ob Laub, Vogelkot, Schneebedeckung oder die durch Temperaturschwankungen verursachte thermische Ausdehnung und Kontraktion – zeigen sich häufig auf elektrischer Ebene. Teilweise Verschattung oder Verschmutzung der Zellen führt zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung und kann den sogenannten Hotspot-Effekt auslösen. Langfristig verringert dies nicht nur die Energieerträge und verkürzt die Lebensdauer der Module, sondern kann auch schwerwiegendere Sicherheitsprobleme wie Rückseitenverbrennungen, das Ablösen von Lötbändern oder sogar Glasrisse verursachen.

Zur Risikominderung sollten bereits in der Planungsphase Bypass-Dioden sinnvoll konfiguriert werden, damit bei partieller Verschattung der Strom schnell umgeleitet und eine Überhitzung einzelner Punkte verhindert wird. Für bestehende Anlagen bietet sich der Einsatz von intelligenten Überwachungssystemen oder Mikro-Wechselrichtern an, die Stromanomalien in Echtzeit erkennen und lokalisieren, sodass Probleme frühzeitig behoben werden können. Ergänzend tragen regelmäßige Reinigung und Wartung, um Verschattungen durch Laub, Vogelkot oder Schnee zu reduzieren, ebenfalls dazu bei, Hotspot-Risiken zu minimieren und die Lebensdauer der Module zu verlängern.

Die Umweltbelastungen im Herbst und Winter lassen sich zwar nicht vollständig vermeiden, durch eine geeignete Planung und regelmäßige Betriebsführung können die Risiken jedoch auf ein akzeptables Maß reduziert werden. Für Unternehmen geht es dabei nicht nur um die Effizienz des Systems, sondern ebenso um langfristige Zuverlässigkeit und Investitionssicherheit.

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