Einstrahlung

Die Sonne strahlt ständig eine unvorstellbar große Menge an Energie ab. Nur ein Bruchteil davon erreicht die Erde. Dennoch ist die Energiemenge, die die Erde an einem Tag erreicht, so groß, dass damit der Energieverbrauch der Menschheit für ein Jahr gedeckt werden könnte. Allerdings kann nicht die gesamte auftreffende Energie genutzt werden, da sie zum Teil in der Atmosphäre absorbiert oder von der Oberfläche wieder in den Weltraum abgestrahlt wird.

 

Quelle: Deutscher Wetterdienst (DWD) 2013

 

Die Intensität der Einstrahlung, die auf der Oberfläche auftrifft, ist abhängig vom Wetter, dem Standort, der Tageszeit und dem Tag im Jahr. Die gesamte eingestrahlte Energie über eine bestimmte Zeit (z.B. Tag oder Jahr) wird als Einstrahlung bezeichnet und ist damit ein Maß für die Stärke des Sonnenlichts. Die Einstrahlung wird in Wh/m² pro Tag (bzw. kWh/m² pro Tag) angegeben.

Um das Rechnen mit Einstrahlungsdaten zu vereinfachen, wird die Einstrahlung als Dauer einer Normstrahlung von 1000 W/m² angegeben. Eine Stunde Normstrahlung entspricht demnach einer Energiedichte von 1kWh/m². Dies entspricht ungefähr der Energie, die an einem wolkenlosen Tag im Sommer innerhalb einer Stunde auf eine senkrecht zur Sonne stehende Fläche von einem Quadratmeter trifft.

Die Einstrahlung variiert mit der Tageszeit. Sie kann jedoch auch von Ort zu Ort erheblich schwanken, dies ist besonders in bergigen Regionen der Fall. Im globalen Maßstab schwankt die Einstrahlung zwischen durchschnittlich 1.000 kWh/m² pro Jahr in europäischen Ländern wie Deutschland und 2.000 bis 2.500 kWh/m² pro Jahr in Wüstengebieten. Die Ursache für diese weltweiten Unterschiede in der Einstrahlung liegen in der relativen Position zur Sonne (Breitengrad) und den verschiedenen Wetterbedingungen (Wolkenhäufigkeit und -dichte).

Die Normstrahlung entspricht einer Leistungsdichte von 1000 W/m². Auf eine senkrecht zur Normstrahlung angeordnete Fläche wird innerhalb einer Stunde 1000 Wh oder 1 kWh eingestrahlt (Energie = Leistung x Zeit (E = P x t)). Dementsprechend lässt sich eine durchschnittliche Einstrahlung von 5 kWh/m²/Tag angeben als 5 Stunden Normstrahlung pro Tag.