Globalstrahlung: Ein Messwert der den PV-Ertrag beeinflusst

Globalstrahlung ist ein entscheidender Parameter für Photovoltaikanlagen, da sie sich direkt auf den Energieertrag dieser Systeme auswirkt. Genaue Kenntnisse über die Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Standort sind für die Planung effizienter PV-Anlagen, die Vorhersage von Energieerträgen und für fundierte Entscheidungen über den Einsatz von Solarenergietechnik unerlässlich.

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Letztes Update: 27. November 2023

Was ist Globalstrahlung?

Als Globalstrahlung bezeichnet man die gesamte Sonnenstrahlung, die auf eine horizontale Oberfläche fällt. Die von der Sonne abgestrahlte Energie erreicht die Erdoberfläche in Form von direkter, diffuser und reflektierter Strahlung.

Von Direktstrahlung spricht man, wenn die Sonneneinstrahlung ungehindert in die gleiche Richtung auf eine Fläche abgefangen wird.

Diffuse Strahlung (Diffusstrahlung) dagegen ist das Sonnenlicht, das durch atmosphärische Bestandteile wie Wolken und Staub gestreut wurde.

Direkte Strahlung hat eine bestimmte Richtung, diffuse Strahlung geht jedoch in eine beliebige Richtung.

Reflektierte Strahlung (auch Albedo genannt) beschreibt den Anteil des Sonnenlichts, den eine Empfangsfläche reflektiert.

Von besonderer Bedeutung ist das deutlich höhere Reflexionsvermögen (Albedo) von Eis und Schnee gegenüber Boden und Wasser.

Helle Oberflächen wie z.B. eis- und schneebedeckte Gebiete geben einen großen Teil der Sonnenstrahlen an die Atmosphäre zurück (hohe Albedo). Dunkle Oberflächen hingegen wie Ozeane oder Wälder absorbieren die Sonnenstrahlen (niedrige Albedo).

Welche Faktoren haben eine beeinträchtigende Wirkung auf die Globalstrahlung?

Jahreszeit und Tageszeit

Wenn im Sommer der Sonnenstand am höchsten ist, besonders um die Mittagszeit, ist die Sonnenstrahlung am intensivsten, während in den Wintermonaten oder bei Bewölkungsdichte die Globalstrahlung geringer ist.

Am frühen Morgen und am späten Nachmittag steht die Sonne tief am Himmel und somit breitet sich das Sonnenlicht weiter aus.

Wetterbedingungen

Die Wetterverhältnisse spielen eine entscheidende Rolle, denn sie können die tägliche Globalstrahlung enorm beeinflussen.

Bei Bewölkung, Regen oder Nebel sinkt der Anteil der Strahlung. Wolken können das Sonnenlicht streuen oder reflektieren und somit die diffuse Strahlung erhöhen.

Regen blockiert teilweise oder vollständig die Sonnenenergie, Schnee hingegen reflektiert und verstärkt die Strahlung.

Geografische Lage

In höheren Breitengraden der Erde, wie in Nordeuropa, ist die Globalstrahlung im Winter geringer als im Sommer.

Äquatornahe Regionen erhalten das ganze Jahr über eine hohe Bestrahlungsstärke, während kalte Polarregionen einen Teil des Jahres kein Sonnenlicht bekommen.

Atmosphärische Faktoren

Luftverschmutzung, Staubteilchen und Aerosole können die Solarstrahlung absorbieren und verstreuen.

Lokale Landschaft

Verschattung durch Gebäude, Bäume, Berge sowie Täler können die aufgefangene Globalstrahlung blockieren.

Wie wird die Sonnenstrahlung gemessen?

Die globale Sonnenstrahlung wird mithilfe spezieller Messgeräte vor Ort gemessen, den Pyranometern. Ein Pyranometer ist ein Instrument zur Messung der Wärme- und Lichtleistung der Sonne. Es besteht aus einem horizontal ausgerichteten Thermosensor sowie einer Glaskuppel und wird auf einer ebenen Fläche platziert.

Sein Sensor verfügt über eine horizontale strahlungsempfindliche Oberfläche, die die Sonnenstrahlungsenergie vom gesamten Himmel absorbiert und diese in Wärme umwandelt. Es misst sowohl Direktstrahlung, als auch Diffusstrahlung.

Die Globalstrahlung wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und die Gesamtmenge in Joule pro Quadratmeter (J/m²).

Die Sonneneinstrahlung ist maßgebend vom Standort sowie dem lokalen Wetter abhängig und variiert im Tagesverlauf. Deshalb ist es wichtig, beim Entwurf einer PV-Anlage zu wissen, wie viel Sonnenlicht zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort verfügbar ist.

Die Strahlenintensität, die horizontal an einem bestimmten Ort der Erde während eines bestimmten Zeitraums ankommt, misst man in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) und wird als jährliche Gesamtsumme angegeben.

Wie beeinflusst die Globalstrahlung die Leistung von einer Photovoltaikanlage?

Globalstrahlung spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung, Effizienz und den Ertrag von Photovoltaikanlagen. Das Verständnis ihrer Wirkung ist für die Planung, den Betrieb und die Optimierung von PV-Anlagen von entscheidender Bedeutung.

Energieproduktion

Die Globalstrahlung stellt die gesamte Sonnenenergie dar, die an einem bestimmten Ort auf der Erdoberfläche empfangen wird. Diese Energie wird von PV-Modulen aufgefangen und in Strom umgewandelt. Je höher die Globalstrahlung, desto mehr Energie kann die PV-Anlage produzieren, was zu einer erhöhten Stromerzeugung führt.

Effizienz

PV-Module sind am effizientesten, wenn sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Allerdings umfasst die Globalstrahlung sowohl direktes, als auch diffuses Sonnenlicht. Während direktes Sonnenlicht für die Stromerzeugung effizienter ist, trägt auch diffuses Sonnenlicht zur Energieproduktion bei, insbesondere an bewölkten oder diesigen Tagen. PV-Module sind so konzipiert, dass sie beide Arten der Solarstrahlung einfangen.

Tägliche und saisonale Schwankungen

Aufgrund des Sonnenstandes schwanken die globalen Strahlungswerte im Laufe des Tages und während der Jahreszeiten.

Die Leistung des PV-Systems folgt diesen Schwankungen und produziert mehr Strom, wenn die Globalstrahlung höher ist (z. B. um die Mittagszeit ) und weniger am frühen Morgen oder am späten Nachmittag sowie in den Wintermonaten.

Standort

Der Anteil der Globalstrahlung variiert erheblich je nach geografischem Standort. Regionen mit mehr Sonnenschein, geringerer Wolkendichte und höheren Lagen sind im Allgemeinen einer höheren Globalstrahlung ausgesetzt. Diese Variation wirkt sich auf den Energieertrag der PV-Anlagen aus und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit von Solarprojekten an verschiedenen Standorten.

Verschattung und Hindernisse

Verschattungen durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse, die die PV-Module erreichen, können die Menge der Solarstrahlung reduzieren. Eine effektive Standortplanung und regelmäßige Wartung zur Minimierung der Verschattung sind für die Maximierung der Energieproduktion unerlässlich.

Neigung und Ausrichtung

Der Winkel, in dem PV-Module geneigt sind und ihre Ausrichtung zur Sonne, können die Energieproduktion beeinflussen. Bei richtiger Ausrichtung der PV-Module kann man die Sonneneinstrahlung den ganzen Tag über maximieren und somit die Energiegewinnung optimieren.

Wetter und Klima

Lokale Klima- und Wetterbedingungen können die globale Strahlungsmenge beeinträchtigen. Bewölkte Tage reduzieren die direkte Sonneneinstrahlung und können die Leistung der PV-Anlage vorübergehend verringern. Umfassende Kenntnisse der lokalen Wetterverhältnisse sind für die Systemdimensionierung und die Leistungsfähigkeit wichtig.

Effizienzverluste

PV-Module sind nicht immer effizient und ein Teil der Energie geht während des Umwandlungsprozesses in Form von Wärme verloren. Einfluss auf diese Effizienzverluste hat die Temperatur der PV-Module, die durch die Menge der Sonneneinstrahlung und die lokale Temperatur beeinträchtigt werden kann.

Energiespeicherung

PV-Systeme werden oft mit Energiespeicherlösungen wie Batterien kombiniert, um überschüssige Energie für die Nutzung an bewölkten oder nächtlichen Tagen zu speichern, wenn die Sonneneinstrahlung gering ist. Die Verfügbarkeit von Energiespeichern kann die Auswirkungen der schwankenden Globalstrahlung eindämmen.

Zusammenfassend stellt sich heraus, dass die Globalstrahlung ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit und den Ertrag von Photovoltaikanlagen ist. Um die Energieproduktion und die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik zu maximieren, ist es entscheidend, die lokale Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen, das Systemdesign und die Ausrichtung zu optimieren und Schwankungen der Sonnenstrahlung aufgrund von Tageszeit, Jahreszeit und Wetterbedingungen in Betracht zu ziehen. All diese Faktoren tragen dazu bei, dass man einen effizienten und reibungslosen Betrieb der PV-Anlagen zur Stromerzeugung gewährleisten kann.

Globalstrahlung und Sonnenstunden in Österreich

Betrachtet werden die durchschnittliche Globalstrahlung in kWh/m2 und die durchschnittlichen Sonnenstunden in Österreich im Zeitraum zwischen 2018 und 2022.

Im folgenden Diagramm können Sie sich die Jahressumme der Globalstrahlung & der Sonnenstunden des jeweiligen Ortes im Wandel der Jahre (2018-2022) genauer anschauen. Starten Sie dazu einfach die Animation, indem Sie auf das Play-Zeichen drücken oder den Slider selbst nach rechts oder links schieben.

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