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Sonneneinstrahlung: Wie wichtig ist sie für PV?
Sonneneinstrahlung: Das Wichtigste in Kürze
Mit einer Solaranlage gewinnen die Besitzer Unabhängigkeit von den steigenden Strompreisen, sparen bares Geld und tun ganz nebenbei etwas Gutes für die Umwelt. Wie viel Stromertrag Sie erreichen können, hängt in großen Teilen von der Sonneneinstrahlung ab:
- Die Sonneneinstrahlung ist die direkte Energie der Sonne, die die Erdoberfläche erreicht.
- In Deutschland variiert die Sonneneinstrahlung regional und saisonal, was für die Planung von Solaranlagen relevant ist.
- Globalstrahlung beinhaltet hingegen sowohl direkte als auch indirekte (diffuse) Sonnenstrahlung.
- Die Messung der Sonneneinstrahlung hilft bei der optimalen Ausrichtung und dem Betrieb von Solaranlagen.
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Die Sonneneinstrahlung ist ein Schlüsselelement im Energiehaushalt der Erde und spielt eine zentrale Rolle bei der Nutzung von Solartechnologie. Sie definiert die Menge an Sonnenlicht, die auf eine Fläche trifft. Die Bedeutung von Sonneneinstrahlung ist in Bezug auf Photovoltaik also besonders groß, um das Potenzial der Solarenergie optimal zu nutzen.
Was ist Sonneneinstrahlung?
Sonneneinstrahlung bezeichnet die Menge an Sonnenenergie, die direkt auf eine bestimmte Fläche trifft. Sie wird in Watt pro Quadratmeter gemessen und auch "direkte solare Einstrahlung" genannt. Sonneneinstrahlung meint ausschließlich die direkte Strahlung, die nicht durch atmosphärische Phänomene wie Wolken oder Luftpartikel gestreut oder reflektiert wird.
Reflexionsstrahlung bezeichnet Sonneneinstrahlung, die auf Oberflächen treffen und von dort aus schwächer weiter reflektiert werden. Dies bezeichnet man auch als Reflexionsverluste.
Die Messung der Sonneneinstrahlung in Deutschland erfolgt durch ein Netzwerk von Wetterstationen, die regionale Daten und saisonale Variationen erfassen. Die genaue Messung und das Verständnis der Sonneneinstrahlung sind für die effiziente Planung einer PV Anlage und den Betrieb von Solaranlagen unerlässlich, da sie direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad der Solarzellen und somit auf den Photovoltaik Ertrag haben.
Sonneneinstrahlung vs. Globalstrahlung
Der Unterschied zwischen Sonneneinstrahlung und Globalstrahlung liegt in der Art und Weise, wie die Strahlung gemessen und definiert wird:
Sonneneinstrahlung bezieht sich spezifisch auf die direkte solare Strahlung, die von der Sonne kommt und die Erdoberfläche erreicht, ohne durch atmosphärische Effekte wie Wolken, Staub oder andere Partikel in der Luft wesentlich gestreut oder reflektiert zu werden. Sie wird oft als direkte Sonnenstrahlung bezeichnet und ist die Strahlung, die direkt von der Sonne ausgesendet wird.
Globalstrahlung hingegen umfasst sowohl die direkte Sonneneinstrahlung als auch die diffuse Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht. Diffuse Strahlung entsteht, wenn die direkte Sonnenstrahlung von Molekülen und Partikeln in der Atmosphäre gestreut wird. Die Globalstrahlung berücksichtigt also die gesamte Strahlungsenergie, die eine Fläche erreicht, einschließlich der Strahlung, die durch Streuung und Reflexion an Wolken, Boden und anderen Oberflächen zur Erdoberfläche gelangt.
Die Sonneneinstrahlung misst also nur die direkte Strahlung von der Sonne, während die Globalstrahlung die Summe aus direkter und diffuser Strahlung darstellt, die eine Fläche erreicht. Diese Unterscheidung ist besonders wichtig für die Planung und Bewertung von Solaranlagen, da sie die tatsächlich verfügbare Energiemenge, die für die Umwandlung in Strom genutzt werden kann, genauer widerspiegelt.
Auf den folgenden zwei Bilder ist der Unterschied zwischen Globalstrahlung und Direktstrahlung zu erkennen. Direktstrahlung ist hierbei etwas geringer, da Gobalstrahlung auch die Diffusstrahlung mit einbezieht. Es handelt sich um eine Aufzeichnung vom DWD aus Juni 2023:
Sonneneinstrahlung in Deutschland
In Deutschland variieren die Werte der Sonneneinstrahlung erheblich, abhängig von der Region und der Jahreszeit. Im Allgemeinen empfängt der Süden des Landes mehr Sonnenlicht als der Norden, was vor allem in den Sommermonaten deutlich wird. Diese regionalen Unterschiede sind für Investoren und Planer von Solarprojekten wichtig, da sie die potenzielle Energieausbeute einer Solaranlage maßgeblich beeinflussen.
Durchschnittliche Sonneneinstrahlungswerte liefern wichtige Anhaltspunkte für die Auslegung und Dimensionierung von Photovoltaik-Systemen und die Abschätzung ihrer Energieerträge.
In der folgenden Grafik des Deutschen Wetterdienst sind die Monatssummen der Globalstrahlung für das Jahr 2023 aufgeführt. Es ist zu erkennen, dass Juni der Monat mit der meisten Globalstrahlung ist, gefolgt von Mai und dich darauf Juli. Die Monate mit der geringsten Globalstrahlung sind die Wintermonate November bis Januar. Auch interessant: Photovoltaik im Winter
Regionale Sonneneinstrahlung
In Deutschland gibt es auch regionale Unterschiede bei der Sonneneinstrahlung. Grundsätzlich lohnt sich in Deutschland aber in jedem Bundesland eine Solaranlage. Der Deutsche Wetterdienst hat die mittlere jährliche Globalstrahlungssumme nach Bundesländern dokumentiert:
Im Vergleich: In Deutschland insgesamt wurde zwischen 2011 und 2020 eine Globalstrahlsumme von 1114,5 kWh/m2 festgestellt. Damit ordnet sich Deutschland hinter Sachsen-Anhalt und vor Brandenburg ein. An den Zahlen erkennt man, dass es die höchsten Strahlungszahlen und somit auch das größte Solarpotenzial in süddeutschen Bundesländern gibt. Grundlegend gibt es in ganz Deutschland überall genug Globalstrahlung und ausreichend Sonnenstunden, dass sich eine Photovoltaikanlage lohnt.
In der folgenden Grafik des Deutschen Wetterdienst ist zu erkennen, dass sich der Trend der Jahressummen der Globalstrahlung zudem immer weiter erhöht:
Anwendung der Sonneneinstrahlungsdaten
Die Daten zur Sonneneinstrahlung sind ein entscheidender Faktor bei der Planung und Optimierung von Solaranlagen. Sie ermöglichen es, die Effizienz von einem Solarpanel in verschiedenen Regionen Deutschlands präzise zu bewerten und so die Energieerträge zu maximieren.
Durch die Analyse dieser Daten können Planer die bestmöglichen Standorte für neue Solarprojekte identifizieren und die Ausrichtung der PV-Anlage und den Neigungswinkel der Solarmodule optimal anpassen. Darüber hinaus helfen die Sonneneinstrahlungsdaten dabei, realistische Prognosen über die zu erwartende Produktion von Grünstrom zu erstellen, was für die Wirtschaftlichkeitsberechnung und die langfristige Planung von Solarinvestitionen unerlässlich ist.
Ertrag mit Einstrahlungsdaten berechnen
Am schnellsten berechnen Sie den möglichen Ertrag Ihrer Photovoltaikanlage mit dem Enpal Ertragsrechner. Falls Sie es aber doch selber machen wollen, brauchen Sie drei Werte:
- Die Globalstrahlung an Ihrem Wohnort
- Die Leistung Ihrer PV-Anlage in kWp
- Die Ausrichtung Ihrer PV-Anlage
Die Werte der Globalstrahlung für Ihr Bundesland können Sie der folgenden Tabelle entnehmen:
Die Leistung Ihrer PV-Anlage in kWp und die Ausrichtung sollten Ihnen bekannt sein. Für die Rechnung benötigen Sie die folgenden Ausrichtungsfaktoren:
Beispielrechnung:
In Berlin beträgt die Globalstrahlung ca. 910 kWh/kWp. Wir nehmen an, dass unsere PV-Anlage eine Leistung von 10 kWp hat und nach Südosten ausgerichtet ist.
Der Ertrag der PV-Anlage ist = 10 kWp * 910 kWh/kWp * 0,95 = 8.645 kWh pro Jahr.
Fazit
Die Sonneneinstrahlung ist ein entscheidender Faktor für die Erzeugung erneuerbarer Energien und für Anlagenbesitzer. Die Unterscheidung zwischen direkter Sonneneinstrahlung und Globalstrahlung hilft dabei, die Gesamtheit der solaren Energie, die für Solarsysteme zur Verfügung steht, besser zu erfassen und zu nutzen. Durch die optimale Ausrichtung und Planung von Solaranlagen auf Basis präziser Sonneneinstrahlungsdaten können optimale Erträge sichergestellt werden.
Hier finden Sie heraus, ob sich eine PV-Anlage auch für Ihr Haus lohnt:
