Energielexikon → Sonneneinstrahlung
EnergieUmweltKlimaFossile EnergienKernenergieSolarenergieWind- und WassernutzungBiomasse/BioenergieWärme als NutzenergieKraft/Mechanische Energie als NutzenergieLicht als NutzenergieInformationstechnik und Kommunikation als NutzenergieTreibstoffe als EnergieträgerStrom als Energieform

Sonneneinstrahlung

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Der Bezugswert der Sonneneinstrahlung für die Erde ist mit der Solarkonstante festgelegt. Sie hat den Wert
1.37 Kilowatt pro Quadratmeter (1.37kW/m2)
für senkrecht zur Probefläche einfallendes Licht ohne atmosphärische Einflüsse, also außerhalb der Atmosphäre. Dieser Wert gilt also für die Verhältnisse im Weltraum. Bei unbedecktem Himmel, trockener Luft und am Erdboden ist der Wert der sogenannten terrestrischen Solarkonstante 1kW/m2.

Als Vergleich zur Stärke der Sonneneinstrahlung kann man eine kleine Herdplatte heranziehen. Ihre Leistung liegt - auf höchster Stufe - bei etwa einem Kilowatt, ihre Fläche (18cm Durchmesser) bei etwa 0.025m, die Leistung pro Fläche 40kW/m2.

Eine Erdkarte, auf der die jährliche Sonneneinstrahlung über Farbflächen gekennzeichnet ist, zeigt das folgende Bild:

ßonneneinstrahlung_weltweit.gif"
Hinweis: Die Angabe in Stunden bezieht sich auf "Vollsonnen-Stunden", wird also umgerechnet in Stunden, die mit der vollen Leistung von 1 kWh/m2 gleichzusetzen sind!
Anders ausgedrückt: 1000 Sonnenscheinstunden pro Jahr entsprechen damit 1000 kWh eingestrahlter Sonnenenergie.

Beispiele
Photovoltaik, Modulwirkungsgrad 15 Prozent, Standort Deutschland: 800 kWh pro Jahr multipliziert mit 0.15 (=15 Prozent) bedeutet einen Stromgewinn von 120 kWh pro Quadratmeter und Jahr.
Solarwärme, Vakuumröhrenkollektor mit 50 Prozent Wirkungsgrad, Standort Deutschland: 800 kWh pro Jahr multipliziert mit 0.5 (= 50 Prozent) bedeutet einen Wärmegewinn von 400 Kilowattstunden pro Jahr.
Vergleich: Bei der Gewinnung von Biodiesel können etwa 150 Milliliter pro Quadratmeter geerntet werden. Dies entspricht 1.5 Kilowattstunden Wärmeenergie oder, umgewandelt in Strom etwa 0.6 Kilowattstunden. Selbst beste Biomassetechniken (Biomass-to-Liquid oder Biogas bringen das dreifache von Biodiesel. Dieser Vergleich zeigt, daß Photovoltaik und solare Wärme die bessere Alternative sind, was ihre Effizienz anbelangt. Einziger Vorteil der Biomasse-Nutzung ist die Speicherbarkeit.

Die Angaben beziehen sich auf die jährlich eingestrahlte Sonnenenergie in der Einheit Kilowattstunden. Die Prozentangaben zeigen die anteilige zeitliche Verfügbarkeit bei einer Einstrahlung von 1kW/m2, d.h., bei 20% ist Sonnenstrahlung zu 1/5 des Jahres mit der Leistungsdichte von 1kW/m2 verfügbar.

Anhand dieser Karte erkennt man, daß im Sonnengürtel der Erde pro Jahr etwa doppelt soviel Energie eingestrahlt wird wie in Mitteleuropa. Der Energieerntefaktor einer Anlage zur Solarenergienutzung ist damit in den Gebieten des Sonnengürtels ebenfalls etwa doppelt so hoch.

Falls man in Deutschland den Strom vollständig über Solarzellen erzeugen wollte, kann man die dazu benötigte Solarzellenfläche berechnen. Pro Bundesbürger werden im Durchschnitt 7000kWh Strom benötigt. Auf einem Quadratmeter werden etwa 1000kWh Sonnenenergie eingestrahlt, bei einem Wirkungsgrad von 10% von der Solarzelle bis zum Verbraucher können also mit einem Quadratmeter Solarzellen 100kWh Strom pro Jahr erzeugt werden. Also benötigt man pro Bundesbürger etwa 70 Quadratmeter Solarzellenfläche. In der Sahara würde man mit etwa 30 Quadratmetern auskommen. Dies würde zudem voraussetzen, daß eine Speicherung des Stroms - diese mit einem Wirkungsgrad von praktisch 100 Prozent - zur Überbrückung der Dunkelzeiten - Nacht, Schlechtwetterperioden, dunkle Jahreszeit - technisch realisierbar wäre. Eine Bedingung, die derzeit noch nicht erfüllt ist.

Eine Speicherung der Energie über Wasserstoff hat einen Wirkungsgrad von etwa 30%; würde man zwei Drittel des Stroms über Wasserstoff speichern, müßte die Solarzellenfläche auf fast 200m2 erhöht werden.


energieinfo - mehr im Energieblog
(noch) keine verwandten Einträge im BLOG

Ihre Rückmeldung zu diesem Artikel:

Ihr Name:
Ihre Email-Adresse:
Kommentar: