Was ist Globalstrahlung?
Bei der Globalstrahlung handelt es sich um einen Teil der Sonnenstrahlung, die horizontal auf die Erdoberfläche auftritt. Sie besteht aus der Summe der direkten und diffusen Strahlung und wird mit Pyranometern in Watt pro Quadratmeter gemessen.
Das Mittel in Deutschland beträgt ungefähr 133,67 W/m² beziehungsweise 1171 kWh/m². Umso näher man dem Äquator kommt, umso stärker wird die Globalstrahlung.
In Bezug auf Photovoltaikanlagen ist hauptsächlich die Jahressumme der Globalstrahlung wichtig.
Die weltweite horizontale Globalstrahlung (Qualle: solargis.com)
Direkte Strahlung
Bei der direkten Strahlung handelt es sich um den Anteil der Sonneneinstrahlung, welcher direkt auf der Erdoberfläche ankommt. Dieser Anteil wird vorwiegend durch Streuung der Sonneneinstrahlung, durch Reflexionen und Absorption von einem Teil der direkten Strahlung vermindert.
Innerhalb der Atmosphäre liegt der Wert der direkten Strahlung bei einer Intensität von ungefähr 1340 W/m². An der Erdoberfläche hingegen liegt der Wert nur mehr bei 1000 W/m². Bei diesem Wert ist allerdings bereits die diffuse – und Reflexionsstrahlung enthalten.
Diffuse Strahlung
Bei der diffusen Strahlung handelt es sich um den Anteil der Sonneneinstrahlung, welcher nicht direkt von der Sonne emittiert wird. Auf dem Weg zur Erdoberfläche kommt es bei den Sonnenstrahlen zu einer Absorption von Strahlungsanteilen und zu einer Streuung - durch Wolken, Aerosole, Luftmolekülen und Partikel in der Atmosphäre.
Diese Streuung sorgt für eine Richtungsänderung der Strahlung. Bei diffuser Strahlung ist es nicht möglich eine Strahlungsrichtung anzugeben.
Einflussfaktoren auf die Strahlenintensität
Es gibt zahlreiche Einflussfaktoren, welche auf die Strahlenintensität der Globalstrahlung einwirken und diese enorm beeinflussen.
Vorwiegend schwächen Faktoren wie Luftmoleküle und Aerosole in der Atmosphäre die Solarstrahlung. Zusätzlich dazu wird diese aber auch durch Wasserdampf oder Kohlendioxid absorbiert und geschwächt.
Weitere Faktoren, welche entscheidend sind, ob und wie stark die Solarstrahlung vermindert wird, sind folgende:
- Der Stand der Sonne; dieser bestimmt die Länge des Weges von der Atmosphäre bis zur Erdoberfläche.
- Wetterphänomene am entsprechenden Standort beeinflussen die Streuung, die Reflexion und die Adsorption.
- Die Standorthöhe; eine weniger dicke Luftschicht führt erhöht zu Streuung, Adsorption und Reflexion.
- Die Verschmutzung der Luft am Standort.
Aus diesen Faktoren ergeben sich folgende Zusammenhänge: Aufgrund des steileren Sonnenstands um den Äquator und somit einem kürzeren Weg, nimmt die Globalstrahlung in dieser Zone zu.
Aus demselben Grund ist die Globalstrahlung im Winter geringer als im Sommer und morgens wie abends ebenfalls geringer als mittags. Somit ist die Globalstrahlung in tieferen Lagen niedriger als in Höhenlagen.
Globalstrahlung in Deutschland
Die Jahressumme liegt in Deutschland bei etwa 900 und 1.200 kWh/m². Zum Vergleich: In Spanien liegt diese bei etwa 2000 W/m².
Aber auch in Deutschland gibt es Unterschiede. Während im Nordosten und Süden die höchsten Werte zu finden sind, liegen diese im restlichen Land darunter.
Globalstrahlung und der Einfluss auf Photovoltaik
Die Globalstrahlung hat einen erheblichen Einfluss auf eine Photovoltaikanlage, denn sie beeinflusst unter anderem den möglichen Ertrag, die Wirtschaftlichkeit und Amortisation.
Aus diesem Grund wird die Globalstrahlung bei der Auslegung einer Photovoltaikanlage berücksichtigt. Entsprechende Daten werden dazu von der EU zur Verfügung gestellt. Mit diesen gemessenen Werten werden Faktoren wie Neigungswinkel oder Jahresertrag bestimmt.
Da es bei jeder Photovoltaikanlage Verluste von um die 17 Prozent gibt, müssen diese von der Summe der Globalstrahlung abgezogen werden.