Ausschlaggebend für die Solarstromerzeugung ist die Globalstrahlung. Darunter wird die Summe aus direkter und diffuser (an den Molekülen in der Atmosphäre gestreuter) Strahlung verstanden. Die Globalstrahlung hängt vom Breitengrad, der Jahreszeit, dem tageszeitlichen Sonnenstand und der Absorption durch Wolken, Luftfeuchtigkeit und Luftverschmutzung ab. Die Globalstrahlung wird in kW/m2 und ihre Integrale über die Zeit (z.B. Monatssummen oder Jahressummen) in kWh/m2 angegeben. Wertvolle Informationen über die Globalstrahlung in Deutschland finden sich beim Deutschen Wetterdienst.
Der Wirkungsgrad der PV-Module ist definiert als der Anteil von der Globalstrahlung, der in Strom umgewandelt wird, und liegt um die 20%. Dieser Wirkungsgrad sinkt mit zunehmender Temperatur.
Damit eine PV-Anlage die Globalstrahlung optimal nutzen kann, müsste die Strahlung möglichst senkrecht auf die Solarmodule fallen. Da in Deutschland der Teil der diffusen Strahlung (also der Strahlung ohne klare Richtung) sehr hoch ist, ist der Spielraum zur Optimierung durch Ausrichtung der Modulfläche in tageszeitlicher (horizontale Achse) und jahreszeitlicher (vertikale Achse) Hinsicht begrenzt, weshalb die Module fest installiert werden.
Die Stromerzeugung einer PV-Anlage ist mit der subjektiven Wahrnehmung „die Sonne scheint“ nicht quantitativ greifbar. An einem bedeckten Juli-Tag wird immer noch viel mehr Strom erzeugt als bei strahlend blauem Himmel im Januar. Dass die Solarstromerträge südlich des Mains höher sind als im Norden liegt nicht nur „am Wetter“, sondern einfach auch am Breitengrad.
Die Jahressumme der Globalstrahlung in Deutschland hat in den letzten 40 Jahren (für längere Zeiträume liegen keine Daten vor) um rund 10% zugenommen. Gründe sind zum einen die deutlich geringere Luftverschmutzung, zum anderen der Klimawandel, der für Deutschland eine geringere Bewölkung mit sich bringt.
Allerdings schwanken die Jahressummen auch innerhalb des letzten Jahrzehnts um bis zu 10% um den Mittelwert. Das Jahr 2018 verzeichnete den bislang höchsten Wert mit über 1.200 kWh/m2. 2023 verzeichnete mit 1.144 kWh/m2 ein sehr gutes Sonnenjahr; 2021 war die Ausbeute eher dürftig. Für die Solarstromerzeugung gelten die gleichen Verhältnisse. Im Sommer, insbesondere an Wochenenden oder zur Mittagszeit gibt es jedoch Abregelungen der Solarstromerzeugung wegen Netzengpässen oder negativen Spotpreisen.
Zu beachten ist zudem die saisonale Verteilung der Solarstromerzeugung. Das nachfolgende Bild zeigt die Mengenanteile in den einzelnen Monaten an der Jahresmenge im Mittel 2015 bis 2023 sowie die minimalen und maximalen Anteile in dem Zeitraum. In den Monaten Juni und Juli werden jeweils rund 14% der Jahresmenge erzeugt. Januar und Dezember zusammen kommen nicht einmal auf 4%. Wer mit eigenem Solarstrom und einer Wärmepumpe heizen möchte, wird frieren.
Die Schwankungsbreite der Monatsanteile über die Jahre ist geringer als bei der Windstromerzeugung. Die größten Schwankungen weisen dabei die Übergangsmonate März/April und September/Oktober auf.
Solarstrom weist anders als Windstrom ein tageszeitliches Profil auf. Die Darstellung unten zeigt jeweils den Wochenverlauf der Solarstromerzeugung im Sommer, Winter und in der Übergangszeit. Es zeigen sich charakteristische Kegel mit dem Maximum um die Mittagszeit sowie sehr steilem Anstieg und Absinken der Leistung. Bereits vier Stunden vor und nach der Leistungsspitze liegt im Sommer die Leistung nur noch bei der Hälfte.
Die Schwankungen von Tag zu Tag sind zwar absolut im Sommer hoch, relativ aber am geringsten. Im Winter (Anfang Februar) kann es an einzelnen Tagen schon zu erheblicher Stromerzeugung kommen. In der Übergangszeit sind die Schwankungen von Tag zu Tag absolut und relativ am höchsten. Da im Sommer die Luftfeuchtigkeit hoch ist und der Wirkungsgrad der Anlage mit der Temperatur sinkt, sind die Erträge in der Übergangszeit (Anfang April) an einzelnen Tagen höher als im Sommer.
