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Globalstrahlung: Bedeutung, Messung und Auswirkungen auf die Solarenergie
Die Globalstrahlung ist ein entscheidender Faktor für die Nutzung von Solarenergie und bildet die Grundlage für die Planung jeder Photovoltaikanlage. In diesem Artikel erfährst du, was genau unter Globalstrahlung zu verstehen ist, wie sie gemessen wird und welche Auswirkungen sie auf den Ertrag von Solaranlagen hat.
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Was ist Globalstrahlung?
Als Globalstrahlung wird der Teil der Sonnenstrahlung bezeichnet, der auf einer horizontalen Ebene die Erdoberfläche erreicht. Sie umfasst sowohl die direkte als auch die diffuse Sonnenstrahlung und ist eine zentrale Messgröße für Meteorologie und Solarenergie.
Die Globalstrahlung setzt sich aus zwei Komponenten zusammen:
- Direkte Strahlung: Sonnenstrahlung, die auf direktem Weg die Erdoberfläche erreicht und Schatten werfen kann
- Diffuse Strahlung: Sonnenstrahlung, die durch Streuung an Wolken, Luftfeuchtigkeit, Staub und anderen Partikeln in der Atmosphäre indirekt die Erdoberfläche erreicht
Beim Durchgang durch die Erdatmosphäre wird die Sonnenstrahlung (extraterrestrische Strahlung) abgeschwächt, bevor sie als Globalstrahlung auf der Erde ankommt. Die extraterrestrische Strahlung beträgt durchschnittlich 1.367 W/m² und wird durch verschiedene Faktoren auf ihrem Weg zur Erdoberfläche reduziert.
Messung der Globalstrahlung
Die Globalstrahlung wird in zwei Einheiten gemessen:
- Watt pro Quadratmeter (W/m²): Momentane Leistung der Sonnenstrahlung
- Kilowattstunden pro Quadratmeter pro Jahr (kWh/m²·a): Energiemenge über einen längeren Zeitraum
Für die Messung der Globalstrahlung werden hauptsächlich Pyranometer eingesetzt. Diese Messgeräte erfassen die Sonnenstrahlung, indem sie eine geschwärzte Platte erwärmen und den Temperaturunterschied bestimmen. Alternative Messmethoden umfassen Silizium-Strahlungssensoren und die Auswertung von Satellitenbildern.
Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung
Die Intensität der Globalstrahlung wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst:
Globalstrahlung in Deutschland
Die Globalstrahlung in Deutschland variiert regional und weist deutliche Unterschiede zwischen Nord und Süd auf:
- Durchschnittlicher Momentanwert: etwa 100-130 W/m²
- Jahressumme: zwischen 1.000 und 1.300 kWh/m²
- Regionale Unterschiede: In Norddeutschland etwa 1.000-1.100 kWh/m², in Süddeutschland bis zu 1.300 kWh/m²
Globalstrahlung nach Bundesland
Globalstrahlung nach Jahreszeit
Die Globalstrahlung unterliegt in Deutschland starken jahreszeitlichen Schwankungen. Die höchsten Werte werden in den Sommermonaten Mai bis August erreicht, während die Werte im Winter deutlich niedriger sind.
Globalstrahlung weltweit im Vergleich
Die Globalstrahlung variiert weltweit erheblich, wobei Regionen nahe dem Äquator deutlich höhere Werte aufweisen als Gebiete in nördlicheren oder südlicheren Breiten.
Bedeutung der Globalstrahlung für die Photovoltaik
Die Globalstrahlung ist ein entscheidender Faktor für die Leistung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen. Sie bestimmt maßgeblich den möglichen Energieertrag einer Solaranlage.
Einfluss auf den PV-Ertrag
Der direkte Zusammenhang zwischen Globalstrahlung und PV-Ertrag lässt sich anhand folgender Beispiele veranschaulichen:
Bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist die Globalstrahlung ein zentraler Parameter für:
- Die Dimensionierung der Anlage
- Die Berechnung des zu erwartenden Ertrags
- Die Bestimmung der Wirtschaftlichkeit
- Die Ermittlung der Amortisationszeit
Zusammenhang mit anderen Faktoren
Neben der Globalstrahlung beeinflussen weitere Faktoren den tatsächlichen Ertrag einer PV-Anlage:
- Ausrichtung der Module: Idealerweise nach Süden
- Neigungswinkel der Module: Optimaler Winkel zwischen 30° und 40°
- Verschattung: Kann den Ertrag erheblich mindern
- Modulwirkungsgrad: Beeinflusst die Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in Strom
- Reflexionen von umgebenden Flächen: Können den Ertrag zusätzlich erhöhen
Langfristige Entwicklung der Globalstrahlung
Die Globalstrahlung in Deutschland hat in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen. Im Jahr 2022 wurde ein neuer Spitzenwert von durchschnittlich 1.227 kWh/m² erreicht.
Die Entwicklung der durchschnittlichen Globalstrahlung über verschiedene Jahrzehnte zeigt einen positiven Trend:
- 1980er Jahre: durchschnittlich 1.014 kWh/m²
- 2010er Jahre: durchschnittlich 1.114 kWh/m²
- Jährlicher Anstieg: etwa 3,6 kWh/m² pro Jahr
Diese Zunahme ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen:
- Klimawandel und damit verbundene erhöhte Sonnenscheindauer
- Rückgang der Luftverschmutzung in Deutschland, was zu einer höheren Durchlässigkeit der Atmosphäre führt
Fazit
Die Globalstrahlung ist ein entscheidender Parameter für die Nutzung von Solarenergie und gibt an, wie viel Sonnenenergie auf einer horizontalen Fläche an der Erdoberfläche ankommt. In Deutschland variiert die Globalstrahlung regional zwischen 1.000 und 1.300 kWh/m² pro Jahr, wobei der Süden deutlich bessere Werte aufweist als der Norden.
Für die Planung einer Photovoltaikanlage ist die Kenntnis der lokalen Globalstrahlung fundamental, da sie maßgeblich den möglichen Ertrag und damit die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage bestimmt. Die langfristige Zunahme der Globalstrahlung in Deutschland verbessert die Bedingungen für Solarenergie kontinuierlich und macht diese Energieform immer attraktiver.
Weiterführende Informationen
Detaillierte Informationen zur Globalstrahlung in deiner Region findest du im Solarkataster deines Bundeslandes. Diese Karten basieren auf Luftbildern und georeferenzierten Daten und zeigen die Eignung verschiedener Standorte für die Nutzung von Solarenergie.
Für die exakte Planung einer Photovoltaikanlage empfiehlt sich eine professionelle Beratung durch einen Fachbetrieb, der neben der Globalstrahlung auch andere relevante Faktoren wie Dachneigung, Ausrichtung und mögliche Verschattung berücksichtigt.
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