Globalstrahlung – Einfach & verständlich erklärt

Wenn Sie die verschiedenen Messwerte zur Sonnenstrahlung betrachten, werden Sie immer häufiger auf den Begriff Globalstrahlung stoßen. Diese gibt Aufschluss darüber, wie viel Strahlung bei uns auf der Erde ankommt.
Die Messwerte können von Tag zu Tag und je nach Region sehr stark variieren. Hier erklären wir Ihnen, was genau sich hinter dem Begriff der Globalstrahlung verbirgt und wie Sie den Wert zu Ihrem Vorteil nutzen können.

Globalstrahlung verstehen

Um zu verstehen, was die Globalstrahlung ist, ist es hilfreich sich zunächst zuvergegenwärtigen, dass solare Strahlung im All aus einer Vielzahl von Strahlen zusammengesetzt wird. Diese besitzen unterschiedliche Wellenlängen, wozu auch Röntgenstrahlen und Radiowellen gehören, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Da unsere Atmosphäre auf die Sonnenstrahlung wie ein Filter wirkt, kommt nur ein Bruchteil der Strahlen auf der Erde an. Diesen Anteil der Strahlung, welcher einen großen Einfluss auf Wetter und Klima hat, nennt man Globalstrahlung.

Gemessen wird sie mit sogenannten Pyranometern, wobei die Bestrahlungsstärke in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben wird. Den Momentanwert, also die Strahlung pro Quadratmeter, die pro Sekunde auf die Erde trifft, findet man häufig in Wetterberichten. In Deutschland liegt dieser bei durchschnittlich 137 W/m². Viel interessanter für uns ist jedoch der jährliche Durchschnittswert.

Wie werden Werte bei der Globalstrahlung berechnet?

Bei der Globalstrahlung im Bezug auf Photovoltaikanlagen wird in der Regel mit jährlichen Messwerten gearbeitet. Diese werden in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr angegeben.Hierbei ist zu beachten, dass ein Messjahr Tage und Nächte miteinschließt.

Die jährliche Globalstrahlung in Deutschland beträgt durchschnittlich rund 900-1.200 kWh/m². Zum Vergleich: In Spanien liegt sie im jährlichen Mittel etwa doppelt so hoch. Das liegt an den wenigen Sonnentagen und dem im Vergleich eher grauen und bewölkten Wetter hierzulande. Auch dass Deutschland weiter entfernt vom Äquator liegt, wirkt sich auf die Globalstrahlung aus. Allerdings unterscheiden sich auch die Werte von verschiedenen deutschen Regionen voneinander. So ist im Süden Deutschlands die Strahlung beispielsweise durchschnittlich Höher als im Norden.

Einen großen Teil der auf der Erde ankommenden Strahlung bildet dabei die direkte Globalstrahlung. Sie trifft bei sauberer und trockener Atmosphäre direkt auf die Erde und ist somit auch die stärkste Strahlung. Weitere Strahlungen werden zum einen durch Wassertropfen und Staubpartikel gestreut, zum anderen aber auch von Wolken reflektiert. Dabei wird immer ein Teil von den Staub- oder Wasserpartikeln absorbiert oder von den Wolken reflektiert. Durch die Reflexion geht sogar ein Teil der Strahlung wieder zurück ins All.

Wie viel Strahlung letztendlich bei uns ankommt, ist also auch abhängig vom Rückstrahlvermögen, der aktuellen Wetterlage und der Region.

Um zu verstehen, wie viel Strahlung wieder zurück ins All geht, sollte man sich die Albedo ansehen. Diese ist nicht nur wichtig bei der Einstrahlung auf Photovoltaikanlagen, sondern auch ein maßgeblicher Klimafaktor.

Die Albedo einfach definiert

Der Begriff Albedo steht für die Rückstrahlquote von nicht selbst strahlenden Oberflächen und bewegt sich zwischen Werten von 0 (=keine Rückstrahlung) und 1 (=vollständige Rückstrahlung). Zum Vergleich: Frischer Schnee kann auf eine Reflexion von bis zu 0,9 Albedo kommen, bei Wasser liegt sie bei nur 0,1.

Hierin liegt auch ein wichtiger Faktor für unser Klima. Das Eis der Pole reflektiert die Sonneneinstrahlung zurück ins All und stellt so einen regulierenden Faktor für die Erderwärmung dar.

Was für uns im Bezug auf Photovoltaikanlagen wichtig zu wissen ist: Wolken haben eine Albedo von 0,3 bis 0,6. Deshalb ist besonders an bewölkten Tagen mit weniger Strahlung zu rechnen und die gemessenen Momentanwerte können stark von den Mittelwerten abweichen.

Globale und geometrische Einflüsse

Bei der tatsächlich auf unsere Photovoltaikanlage treffenden Strahlung, wird es aber noch ein wenig komplizierter. Die Messung der Globalstrahlung bezieht sich auf das Auftreffen auf eine horizontale Fläche. Die Sonneneinstrahlung kann hier also ideal (sprich: im rechten Winkel) auf die Fläche (bspw. ein Solarmodul) auftreffen.

Aufgrund der Neigung der Erdachse trifft nur wenig Globalstrahlung auf die Pole, aber vergleichsweise viel auf den Äquator. Daher ist es so ertragreich, am Äquator großflächig Solaranlagen aufzustellen und aus dem gleichen Grund werden die Neigungswinkel hiesiger Photovoltaikmodule angepasst.

Entscheidend sind aber auch Faktoren wie die Höhe über Normalnull. Eine höhere Lage bedeutet weniger filternde Atmosphäre, welche die Globalstrahlung durchdringen muss. Denn auch in einer trockenen Atmosphäre befinden sich in allen Lagen Partikel, welche die einfallende Strahlung in alle Richtungen werfen.

Fazit – das müssen Sie wirklich zur Globalstrahlung wissen

Wenn Sie ausrechnen möchten, welchen Ertrag Ihnen eine Photovoltaikanlage liefern kann, so ist die Globalstrahlung pro Jahr und Quadratmeter Ihr erster Indikator, um die Wirtschaftlichkeit zu prüfen.

Sie ist zwar ein großer Einflussfaktor und variiert von Region zu Region, jedoch können Sie auch mit geschickter Ausrichtung und moderner Technik Ihren Ertrag optimieren.

Lesen Sie dazu auch unseren Artikel Wo scheint die Sonne in Deutschland am meisten?

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