Wie kann man die Solarstrahlung berechnen?

Die Sonne ist für uns eine unerschöpfliche Energiequelle. Sie ist die Ursache für nahezu alle auf der Erde stattfindenden, lebensnotwendigen Prozesse. Auf Grundlage der Sonneneinstrahlung basiert auch die Photovoltaik. Doch wie viel Energie sendet die Sonne genau aus und wie viel davon ist für uns nutzbar?

Um das herauszufinden sind einige Kennwerte und Berechnungen nötig.

Strahlungsleistung der Sonne: sonne

Abstand zwischen Sonne und Erde: sonne_erde

Die Sonne strahlt ihre gesamte Leistung kugelförmig in alle Himmelsrichtungen ab. Je größer der Abstand von der Sonne je größer ist die Kugelfläche auf der sich die Strahlungsleistung gleichmäßig verteilt. Bei dem Abstand zwischen Sonne und Erde ergibt sich dann eine Leistung pro Quadratmeter von

leistung_pro_quadratmeter
Dieser Wert wird auch als Solarkonstante bezeichnet. Er beschreibt die Strahlungsleistung, die außerhalb der Atmosphäre, pro Quadratmeter auf die Erde trifft.

Bis die Sonnenstrahlen auf unsere Photovoltaikanlage treffen müssen sie jedoch noch die Atmosphäre durchdringen. In dieser sorgen Wolken, Schmutzpartikel und sogar die Moleküle der Luft selbst für Absorption, Reflexion und Streuung des Lichts. Die Folge daraus ist, dass die direkte Einstrahlung auf der Erdoberfläche(Globalstrahlung) stets geringer ist als die Solarkonstante. Wie viel geringer hängt dabei davon ab wie weit man sich vom Äquator entfernt befindet, denn umso länger ist der Weg der Strahlung durch die Atmosphäre.  Durch die Reflektion ergibt sich neben der direkten Strahlung auch eine Diffuse.

Die Globalstrahlung setzt sich folgendermaßen zusammen: globalstrahlung
In Deutschland spricht man von einem Standartwert von Eg= 1000 W/qm. Dieser kann jedoch stark variieren. Faktoren sind der Abstand zum Äquator (Einfallswinkel der Sonne), die Höhenlage, die Wetterbedingungen und die Luftverschmutzung. Um nun die im Jahr auftreffende Strahlungssumme H zu berechnen, benötigt man die Anzahl der Sonnen-Volllaststunden. Standartwert für Deutschland ist ca. 1000 Vollaststunden. Das bedeutet, die über das ganze Jahr (8760h) verteilte Einstrahlung der Sonne entspricht der Dauer von 1000h an der die Sonne an einem klaren Sommertag scheint. Damit ergibt sich die Strahlungssumme pro Jahr zu:
strahlungssumme

Abschließend muss man aber sagen, dass dies nur eine Beispielrechnung mit Standartwerten ist. Für ihren Standort kann die Globalstrahlung und die Anzahl der Vollaststunden abweichen. Wenn sie sich einen genaueren Überblick über ihren Standort beschaffen wollen können sie einen Blick in Abbildung: 1 werfen. Dort ist eine Karte mit Globalstrahlungen für ganz Deutschland abgebildet. Eine weitere Option ist eine kostenlose Ertragsprognose von uns für ihre Anlage.

 

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