Was ist Globalstrahlung? 

Die Nutzung von Solarenergie ist ein essenzieller Bestandteil der nachhaltigen Energieversorgung und spielt eine zentrale Rolle im Kampf gegen den Klimawandel. Bei der Planung und dem Betrieb von Photovoltaikanlagen ist die genaue Kenntnis der Globalstrahlung von entscheidender Bedeutung. Doch was verbirgt sich hinter dem Begriff Globalstrahlung, und warum ist sie so relevant für die Photovoltaik? 

Was ist Globalstrahlung? 

Die Globalstrahlung bezeichnet die Summe aus direkter Solarstrahlung und Diffusstrahlung, welche horizontal auf der Erdoberfläche auftritt. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen. In Deutschland beträgt das Mittel 133,67 W/m² oder 1171 kWh/m² als jährliche Gesamtsumme (Stand 2020). Die Globalstrahlung nimmt in Richtung Äquator zu. 

Die Globalstrahlung umfasst sowohl die direkte als auch die diffuse Sonnenstrahlung. Direkte Strahlung ist diejenige, die die Erdoberfläche ohne Umwege erreicht. Diffuse Strahlung hingegen ist das Sonnenlicht, das durch Wolken, Aerosole, Luftmoleküle und Partikel in der Atmosphäre gestreut wird. Diese Streuung führt dazu, dass die Globalstrahlung als Summe der direkt und diffus einfallenden Strahlung definiert wird. 

Die Messung der Globalstrahlung erfolgt in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Für die Photovoltaik ist die Jahressumme in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) besonders wichtig, da sie den erzielten Ertrag maßgeblich beeinflusst. 

Wie wird die Globalstrahlung gemessen?  ​

Zur Messung der Globalstrahlung werden Pyranometer verwendet, die die ankommende Bestrahlungsstärke der Sonne in W/m² erfassen. Diese Instrumente arbeiten, indem sie eine geschwärzte Platte erhitzen und den Temperaturunterschied messen, der die Bestrahlung bestimmt. Regelmäßige Kalibrierung und Reinigung gewährleisten genaue Messungen. 

Weitere Methoden zur Messung der Globalstrahlung umfassen Silizium-Strahlungssensoren und die Auswertung von Satellitenbildern. Die Momentanwerte der Globalstrahlung schwanken stark, weshalb die Jahressumme als zuverlässiger Indikator für die Planung und den Betrieb von Photovoltaikanlagen genutzt wird. 

Globalstrahlung in Deutschland 

In Deutschland erreicht die Globalstrahlung ihren Höhepunkt zwischen Mai und August, wodurch Photovoltaikanlagen in dieser Zeit den höchsten Ertrag erzielen. Im Winter sinkt die Globalstrahlung deutlich, dennoch produzieren PV-Anlagen auch in dieser Jahreszeit Strom. Die saisonalen Schwankungen der Globalstrahlung sind entscheidend für die Ertragsberechnungen und die wirtschaftliche Bewertung von Photovoltaikprojekten. 

Wodurch wird die Globalstrahlung beeinflusst? 

Die Globalstrahlung wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst: 

• Reflexion durch Wolken: Wolken reflektieren und streuen die Sonnenstrahlung, was die direkte Strahlung vermindert. 

• Abstrahlung und Streuung durch Staub- und Schmutzpartikel: Partikel in der Atmosphäre streuen die Sonnenstrahlen und reduzieren die direkte Strahlung. 

• Rückstrahlung durch Wasser, Schnee und spiegelnde Oberflächen: Diese Oberflächen reflektieren das Sonnenlicht, was zur Erhöhung der diffusen Strahlung führt (Albedo-Effekt). 

• Geografische Lage und Höhe: Je höher und näher am Äquator ein Standort liegt, desto größer ist die Globalstrahlung. 

• Sonnenstand: Der Sonnenstand beeinflusst die Länge des Weges der Strahlen durch die Atmosphäre und damit die Menge der einfallenden Strahlung. 

• Luftverschmutzung: Partikel in der Luft reflektieren und absorbieren die Solarstrahlung, was die Globalstrahlung reduziert. 

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Wie hängen Globalstrahlung und PV-Ertrag zusammen? 

Die Globalstrahlung hat einen direkten Einfluss auf die Erträge von Photovoltaikanlagen. Je höher die Globalstrahlung, desto größer der erzeugte PV-Ertrag. Bei der Planung einer Photovoltaikanlage ist es entscheidend, die örtliche Globalstrahlung zu kennen, um den potenziellen Ertrag und die optimale Größe der Anlage zu bestimmen. 

Bei der Ertragsberechnung muss die horizontale Solarstrahlung am Boden berücksichtigt werden. Die Solarmodule sind oft in einem bestimmten Neigungswinkel aufgestellt, und es gibt immer systembedingte Verluste, die bei durchschnittlich 17 Prozent liegen. Diese Verluste müssen von der Globalstrahlung abgezogen werden, um den tatsächlichen Ertrag zu berechnen. 

Die Dachneigung und -ausrichtung spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle, da eine Abweichung von der idealen Ausrichtung die Sonneneinstrahlung und damit den Ertrag beeinflusst. Die Globalstrahlung ist daher ein zentraler Faktor für die Wirtschaftlichkeit und Amortisation von Photovoltaikanlagen. 

Fazit 

Die Globalstrahlung ist eine entscheidende Größe für die Planung und den Betrieb von Photovoltaikanlagen. Sie beeinflusst maßgeblich den erzielten Ertrag und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.  

Durch genaue Messungen und Berücksichtigung der regionalen Unterschiede kann die Leistung einer PV-Anlage optimal bestimmt werden.  

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