In diesem Artikel erkläre ich, was es mit der Globalstrahlung auf sich hat, warum diese einen Einfluss auf den Ertrag von PV-Anlagen hat und wie hoch die Werte in der Welt und Deutschland sind.
Was ist die Globalstrahlung?
Die Globalstrahlung bezeichnet die Summe aus direkter Solarstrahlung und Diffusstrahlung, welche horizontal auf der Erdoberfläche auftritt. Die Globalstrahlung wird in Watt pro Quadratmeter gemessen. In Deutschland beträgt das Mittel 133,67 W/m² oder 1171 kWh/m², als jährliche Gesamtsumme (Stand 2020). Die Globalstrahlung wird in Richtung Äquator immer stärker.
Die weltweite horizontale Globalstrahlung (Karte)
© Solargis (bearbeitet) – solargis.com
Die Sonne strahlt immer mit nahezu gleicher Kraft. Die ankommende Sonnenstrahlung an der Atmosphäre nennt man auch Solarkonstante. Diese beträgt ca. 1368 W/m². Da der Großteil der Empfangsfläche der Erde nicht senkrecht zur Sonne liegt (siehe Neigung der Erdachse), verteilt sich die Strahlung auf einer immer größeren Fläche in Richtung der Pole. Demzufolge kommt auch der Erdoberfläche weniger Direktstrahlung an.
Je niedriger der Sonnenstand, desto weniger Direktstrahlung kommt zusammen. Im Sommer steht die Sonne am höchsten, dementsprechend ist die Globalstrahlung am höchsten. Im Winter ist der Sonnenstand sehr niedrig, die Sonnenenergie ist kraftloser.
Aber das ist nicht alles. Aufgrund von der Atmosphäre, welche wie ein Filter wirkt, verringert sich der Anteil, der Globalstrahlung genannt wird deutlich.
Wie wird die Sonneneinstrahlung gemessen?
Die Globalstrahlung wird als Momentanwert gemessen. Dafür wird ein Pyranometer verwendet, welcher die ankommende Bestrahlungsstärke der Sonne in W/m² misst.
Dieser Wert schwankt stark und ist weniger gut geeignet, um abzuschätzen, wie viel Solarstrom mit einer Photovoltaikanlage produziert werden kann. Um das herauszufinden, benötigt es die Jahressumme.
Globalstrahlung Formel
Die Jahressumme der Globalstrahlung kann mit einer einfachen Formel aus den Messwerten berechnet werden:
Es gibt im Durchschnitt 8760 Stunden in einem Jahr. Um gesamte Jahressumme zu berechnen wird die mittlere Globalstrahlung am Standort mit 8760 multipliziert und dann durch 1000 geteilt, um Watt in Kilowatt umzurechnen.
Beispiel: Es gibt eine durchschnittliche Einstrahlung von 100 W/m².
100 W/m² * 8760 Stunden / 1000 = 876 kWh/m²/a
Interpretation: Im Jahr kommen insgesamt 876 kWh Globalstrahlung an.
Übrigens lässt sich die Formel auch leicht umstellen, um von der Jahressumme auf den mittleren Momentanwert zu kommen.
Einflussfaktoren auf die Strahlenintensität
Es gibt unzählige Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung. Das sind die wichtigsten:
- Reflexion durch Wolken
- Abstrahlung und Streuung durch Staubteilchen und Schmutzpartikel (siehe diffuse Strahlung)
- Rückstrahlung durch Wasser, Schnee, spiegelnde Oberflächen (siehe Albedo)
- Höhe über null, je höher die Lage, desto höher die Himmelsstrahlung
- Geologischer Breitengrad, je näher zum Pol, desto geringer die Sonnenstrahlung
- Der Sonnenstand. Je flacher, desto weniger Strahlung in W/m²
- Die Sonnenscheindauer auf der Erde
- Die Luftverschmutzung. Partikel reflektieren die Solarstrahlung
Globalstrahlung in Deutschland
Schauen wir und jetzt den Wert für die Globalstrahlung in Deutschland an. Die nachfolgende Grafik zeigt die jährliche Sonneneinstrahlung in ganz Deutschland an.
Die Globalstrahlung in Deutschland (Karte).
© Deutscher Wetterdienst – www.dwd.de
Der Unterschied von Süd und Nord ist sehr gut erkennbar.
Schauen wir uns jetzt die Bestrahlungsstärke der Sonne an. Es werden 3 Messwerte angegeben. Der durchschnittlichen Momentanwert, die Summe der Globalstrahlung und der geschätzte PV-Ertrag im Zeitraum.
Globalstrahlung Tabelle Deutschland:
Zeitraum | Momentanwert | Gesamtwert | Möglicher Ertrag |
|---|---|---|---|
Gesamtjahr | 133,67 W/m² | 1171 kWh/m² | 1000,8 kWh/kWp |
Januar | 32,26 W/m² | 24 kWh/m² | 20,5 kWh/kWp |
Februar | 55,06 W/m² | 37 kWh/m² | 31,6 kWh/kWp |
März | 126,34 W/m² | 94 kWh/m² | 80,3 kWh/kWp |
April | 225,00 W/m² | 162 kWh/m² | 138,5 kWh/kWp |
Mai | 229,84 W/m² | 171 kWh/m² | 146,0 kWh/kWp |
Juni | 226,39 W/m² | 163 kWh/m² | 139,3 kWh/kWp |
Juli | 229,84 W/m² | 171 kWh/m² | 146,0 kWh/kWp |
August | 194,89 W/m² | 145 kWh/m² | 124,0 kWh/kWp |
September | 151,39 W/m² | 109 kWh/m² | 93,16 kWh/kWp |
Oktober | 64,52 W/m² | 48 kWh/m² | 41,0 kWh/kWp |
November | 43,06 W/m² | 31 kWh/m² | 26,5 kWh/kWp |
Dezember | 21,51 W/m² | 16 kWh/m² | 13,7 kWh/kWp |
Globalstrahlung Weltweit
Schauen wir uns nun an, wie die sich die Globalstrahlung auf der gesamten Welt verhält. In der nachfolgenden Tabelle gibt es eine Übersicht über die Strahlung verschiedener Länder und Regionen der Welt.
Globalstrahlung Tabelle der Welt (Ländervergleich):
Land | Momentanwert | Gesamtwert | Möglicher Ertrag |
|---|---|---|---|
Kenia | 277,9 W/m² | 2434 kWh/m²*a | 2080 kWh/kWp |
Brasilien | 228,1 W/m² | 1998 kWh/m²*a | 1708 kWh/kWp |
Indien | 222,7 W/m² | 1951 kWh/m²*a | 1668 kWh/kWp |
USA | 200,1 W/m² | 1753 kWh/m²*a | 1498 kWh/kWp |
Türkei | 192,7 W/m² | 1688 kWh/m²*a | 1443 kWh/kWp |
Spanien | 188,2 W/m² | 1649 kWh/m²*a | 1409 kWh/kWp |
China | 173,9 W/m² | 1523 kWh/m²*a | 1302 kWh/kWp |
Italien | 158,9 W/m² | 1392 kWh/m²*a | 1190 kWh/kWp |
Frankreich | 139,5 W/m² | 1222 kWh/m²*a | 1044 kWh/kWp |
Österreich | 131,0 W/m² | 1148 kWh/m²*a | 981 kWh/kWp |
Schweiz | 129,8 W/m² | 1137 kWh/m²*a | 972 kWh/kWp |
Deutschland | 113,6 W/m² | 995 kWh/m²*a | 850 kWh/kWp |
Großbritannien | 101,1 W/m² | 886 kWh/m²*a | 757 kWh/kWp |
Die Daten kommen aus dem Tool von PV-GIS, welches die horizontale Globalstrahlung angibt. Das Jahr für die Daten ist 2016. Der Gesamtwert ist vom Mittelpunkt des jeweiligen Landes entnommen. In der Praxis gibt es große Unterschiede zwischen Nord und Süd.
Die Messwerte sind von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich. Der deutsche Wetterdienst misst den Mittelwert in Deutschland bei 1078 W/m². Insgesamt war 2016 ein mittelmäßiges Jahr, was die Ausbeute angeht.
Welchen Einfluss hat die Globalstrahlung auf den PV-Ertrag?
Die Globalstrahlung hat elementaren Einfluss auf die Erträge von Photovoltaikanlagen. Wie weiter oben im Vergleich sichtbar, gibt es große regionale Unterschiede auf der Erde. Der wichtigste Messwert ist der Jahresertrag in kWh/m².
Bei der Ertragsrechnung ist hier Vorsicht geboten, weil die horizontale Solarstrahlung am Boden nicht gleich dem spezifischen Ertrag ist.
Die Solarmodule sind mit einem bestimmten Neigungswinkel aufgestellt, außerdem gibt es bei der bei jeder Solaranlage immer Verluste. Diese sind liegen bei durchschnittlich 17 Prozent und müssen von der Summe der Globalstrahlung abgezogen werden.
Wo kann man Daten der Globalstrahlung finden?
Es gibt im Internet einige gute und kostenlose Anlaufstellen, die exakten Messwerte herauszufinden. Das sind meine Empfehlungen: