Solare Einstrahlung

Globalstrahlung

Die Leistung von Photovoltaikanlagen ist abhängig von der auftreffenden Einstrahlungsleistung. An der Außenhülle der Erdatmosphäre beträgt die Leistung senkrecht einfallender Sonnenstrahlen im Mittel 1.367 Watt pro Quadratmeter (W/m²). Auf dem Weg durch die Atmosphäre wird die Leistung durch Reflexion, Streuung und Absorption gemindert, so dass bei "blauem Himmel" mittags ca. 1.000 W/m² senkrecht auf der Erdoberfläche einfallen. Dieser Einstrahlungswert von 1 kW/m² wird als Referenzwert für die Ermittlung der Nennleistung von Solarmodulen herangezogen.

Die Globalstrahlung ist die Summe der jährlichen Energie aus diffuser (an Teilchen gestreuter) und direkter Einstrahlung und wird in kWh/m² für die horizontale Fläche angegeben. Grundsätzlich ist ein Süd-Nord-Gefälle bei der Globalstrahlung zu beobachten. Einen Überblick über die mittlere Globalstrahlung in Baden-Württemberg ist dem Klimaatlas Baden-Württemberg zu entnehmen.

Nutzbare Strahlung

Der Energieeintrag auf die Solarzellen ist neben der Globalstrahlung auch von der Neigung, der Ausrichtung und der Verschattung im Jahres- und Tageslauf abhängig. Die optimale Neigung der Module stellt immer einen Kompromiss dar, da die Einstrahlung idealerweise im rechten Winkel auftreffen sollte. Im Sommer beträgt der Sonnenstand zwischen 58° und 65°, zur Wintersonnenwende hingegen nur noch 11°. Demnach würde im Sommer bei sehr flach ausgerichteten und im Winter bei steil ausgerichteten Modulen die größte Energieausbeute erreicht. Im Jahresmittel ist der optimale Neigungswinkel der Module in Bezug auf die Einstrahlung ca. 30°. Die Energieausbeute kann jedoch je nach örtlichen Gegebenheiten durch größere Neigungswinkel erhöht werden, da damit die Selbstreinigung verbessert wird und im Winter weniger Schnee auf den Anlagen liegen bleibt.

Die Ausrichtung hat vor allem in Kombination mit steiler Neigung einen großen Effekt auf den Wirkungsgrad der Module. Durch Selbstverschattung werden bei Ausrichtungen nach Südwesten und Südosten bei einer Neigung von 60° weniger als 50 % der Globalstrahlung genutzt. Flach installierte Anlagen können auch bei West- oder Ostausrichtung noch mehr als 80 % der Globalstrahlung nutzen.

Neben der Selbstverschattung kann es auch zu Verschattung durch Objekte in der Umgebung der Anlage kommen. Bei Aufdach-Anlagen sind insbesondere Dachaufbauten, Schornsteine, Antennen, Satellitenschüsseln, versetzte Baukörper, Nachbargebäude und Bäume zu berücksichtigen. Auch weiter entfernte große Gebäude und die Geländeform können zu Verschattungen führen.

Im Energieatlas Baden-Württemberg werden Standortfaktoren wie Neigung, Ausrichtung, Verschattung und solare Einstrahlung für jedes Gebäude entsprechend berücksichtigt.


Quelle:

• Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz: Klimaatlas Baden-Württemberg, Globalstrahlung

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