Funktionieren Solarmodule auch nachts?

Die Solarenergie ist eine der umweltfreundlichsten und relativ stabilen Energiequellen der Erde. Sie hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Nach Sonnenuntergang in der Nacht "hört sie auf zu arbeiten", und der Mensch kann ihre Energie nicht mehr nutzbar machen. Die Nacht ist jedoch genau die Zeit, in der der Energieverbrauch seinen Höhepunkt erreicht - Beleuchtung, Heizung, Kühlung und vieles mehr.

In diesem Beitrag gehen wir der Frage nach, warum Solarmodule nachts nicht funktionieren können, wie man das begrenzte Tageszeitfenster der Solarenergie für den nächtlichen Bedarf voll ausnutzen kann und ob es alternative Technologien für die nächtliche Stromerzeugung gibt.

1. Solarmodule können nachts nicht funktionieren

Wenn Sonnenlicht auf ein Solarpanel trifft, löst es ein Phänomen aus, das als der photovoltaische Effekt. Das Sonnenlicht regt die Elektronen in den Halbleitermaterialien an, so dass sie genügend Energie haben, um vom Valenzband in das Leitungsband zu springen, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes werden diese Elektronen und Löcher getrennt, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird.

Das Mondlicht hingegen ist eigentlich das von der Mondoberfläche reflektierte Sonnenlicht. Auch wenn das Mondlicht nachts etwas sichtbares und ultraviolettes Licht enthält, kann es theoretisch einen photovoltaischen Effekt auslösen.

Interessanterweise beträgt die Beleuchtungsstärke des Mondlichts nur etwa 0.0002%–0.00003% der Intensität des Sonnenlichts - viel zu schwach. Selbst wenn die Solarmodule bei Mondlicht eine winzige Strommenge erzeugen, liegt die Spannung in der Regel weit unter der Einschaltspannung des Wechselrichters (dem Kernstück, das in Solarsystemen Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt). Wenn der Wechselrichter nicht einmal anspringen kann, gibt es keine Möglichkeit, nutzbaren Strom zu erzeugen.

2. Wie man die Nutzung der Sonnenenergie maximiert

Anpassung der Nutzung an die Spitzenzeiten der Erzeugung

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (Bericht IEA 2023) können Hausbesitzer ihren Eigenverbrauch von 40% auf über 70% steigern, wenn sie energieintensive Tätigkeiten (wie Wäschewaschen oder Warmwasserbereitung) in diese Zeit verlegen.

Intelligente Gerätedisposition

Der Einsatz intelligenter Geräte (z. B. programmierbare Warmwasserbereiter, speicherbare Klimaanlagen) oder intelligenter Steckdosen, die während der Spitzenlast der Solarstromerzeugung automatisch betrieben werden, kann den Stromverbrauch im Netz erheblich senken. Einem NREL-Bericht zufolge kann die intelligente Haussteuerung die Eigenverbrauchsquote um 10%-20% weiter erhöhen.

All dies setzt natürlich günstige Haushaltsbedingungen voraus - andernfalls ist eine ausreichend große Batterie unerlässlich.

Konfigurieren Sie ein Speichersystem

Wenn keine Batterie vorhanden ist, wird der von den Solarmodulen tagsüber erzeugte Strom automatisch in das Netz eingespeist, wodurch eine gewisse Vergütung erzielt wird. Wenn jedoch eine Batterie installiert ist, kann der gespeicherte Strom als Reserve verwendet werden, so dass man sich nachts keine Sorgen über Stromengpässe oder hohe Strompreise machen muss.

Studien und reale Fälle zeigen, dass ein 5-10 kWh Speichersystem in Verbindung mit einer 4-6 kWp-Photovoltaikanlage kann den solaren Eigenverbrauch von 40%-60% bis über 90%. Das bedeutet, dass überschüssiger Solarstrom tagsüber effizient gespeichert und nachts genutzt wird, was die Abhängigkeit vom Stromnetz deutlich verringert.

Wie kann man die Batteriekapazität an den Bedarf des Haushalts anpassen?

Für einen Haushalt mit einem jährlichen Stromverbrauch von 2.500-3.500 kWh ist in der Regel ein Speichersystem mit 5-10 kWh geeignet.

Sommer-Szenario: Bei reichlich Sonnenlicht und hoher PV-Leistung wird die Batterie in der Regel zwischen 6 und 10 Uhr morgens vollständig aufgeladen und nachts allmählich entladen 30%-50%, um den Spitzenbedarf im Haushalt wie Kochen und Beleuchtung zu decken.

Winter-Szenario: Obwohl die PV-Erzeugung geringer ist, kann die Batterie immer noch einen Teil der Tagesenergie speichern, um den Bedarf in der Nacht teilweise zu decken und die Stromkosten zu Spitzenzeiten zu senken.

3. Neue Technologien zur nächtlichen Stromerzeugung"?

Im Jahr 2022 veröffentlichte ein Team der University of New South Wales innovative Forschungsergebnisse, die zeigen, dass selbst nach Sonnenuntergang die Infrarotstrahlung der Erde Wärme kann zur Stromerzeugung genutzt werden.

Das Herzstück dieser Technologie ist die thermoradiative Diode - ein Halbleiterbauelement, das den Materialien ähnelt, die in Nachtsichtgeräten verwendet werden.

Wie es funktioniert

Tagsüber: Die Sonne erwärmt die Erde, und der Boden absorbiert diese Energie.
Nachts: Die Erde gibt durch Infrarotstrahlung Wärme an die Kälte des Weltraums ab.
Energieumwandlung: Die thermoradiative Diode wandelt diese Infrarotstrahlung in Elektrizität um und ermöglicht so die Stromerzeugung auch bei fehlendem Sonnenlicht.

Dr. Phoebe Pearce vom Forschungsteam erklärte: "So wie Solarzellen Strom erzeugen, indem sie das Sonnenlicht einer heißeren Sonne absorbieren, erzeugen thermoradiative Dioden Strom, indem sie Infrarotlicht in eine kältere Umgebung aussenden. In beiden Fällen ist der Temperaturunterschied der Schlüssel zur Stromerzeugung."

Obwohl die Leistung bisher minimal ist, stellt dies einen wichtigen ersten Schritt in Richtung einer realisierbaren "nächtlichen Solarstromerzeugung" dar und beweist, dass die Stromerzeugung auf der Grundlage von thermoradiativen Dioden machbar ist. Mit weiteren Forschungen und technologischen Fortschritten verspricht die Stromerzeugung durch Wärmestrahlung praktische Anwendungen in zahlreichen Bereichen.

Neben der thermoradiativen Diodentechnologie gibt es auch Studien und Technologien wie die nächtliche Stromerzeugung durch Strahlungskühlung der Stanford University und die nächtliche thermophotovoltaische Stromerzeugung, die in naher Zukunft in unseren Alltag Einzug halten dürften.

4. Rasches Wachstum von PV + Speicherung

Laut dem IEA-Bericht vom Juni 2025 werden die weltweiten Energieinvestitionen voraussichtlich einen Rekordwert von $3,3 Billionen erreichen. Davon entfallen $2,2 Billionen auf Investitionen in saubere Energietechnologien (einschließlich erneuerbare Energien, Kernkraft und Speicherung) - doppelt so viel wie in fossile Brennstoffe.

Staatliche Anreize und politische Unterstützung

Die Regierungen der australischen Bundesstaaten haben mehrere Batterieförderprogramme eingeführt, um Haushalte und Unternehmen zur Installation von Speichersystemen zu ermutigen. Queensland hat zum Beispiel das Programm "Battery Booster" aufgelegt, bei dem Haushalte mit Batterien mit bis zu AU$4.000 gefördert werden. In ähnlicher Weise haben auch New South Wales, Victoria und das Northern Territory entsprechende Anreizprogramme aufgelegt.

Im Jahr 2023 hat die EU eine überarbeitete Richtlinie über erneuerbare Energienund erhöht ihr Ziel für erneuerbare Energien für 2030 von 32% auf mindestens 42,5%, wobei 45% erreicht werden sollen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat die EU den Plan "REPowerEU" ins Leben gerufen, der darauf abzielt, die PV-Solarkapazität bis 2025 zu verdoppeln und bis 2030 600 GW zu erreichen.

5. Schlussfolgerung: Elektrizität für die Nacht ist auf "Tagesspeicher" angewiesen

Während aktuelle Solarmodule sich nicht auf das Mond- oder Sternenlicht verlassen können, um nachts Strom zu erzeugen, und an den Zyklus von Sonnenaufgang und Sonnenuntergang gebunden sind, können Akkutechnologie und intelligente Zeitplanung die Solarenergie vom Tag auf die Nacht ausdehnen.

Technologien zur nächtlichen Stromerzeugung (wie thermoradiative Dioden und nächtliche Thermophotovoltaik) befinden sich noch im Versuchsstadium, aber mit dem Fortschreiten der Technologie könnten wir in der Zukunft wirklich brauchbare "Nachtsolaranlagen" sehen.