Globalstrahlung – Begriffserklärung, Richtwerte & Nutzungsmöglichkeiten


Als Globalstrahlung wird die Sonneneinstrahlung bezeichnet, die bei uns auf der Erdoberfläche ankommt. Je nach Wetterlage und Sonnenstand kann sie stark variieren. Wie hoch die Globalstrahlung üblicherweise ist und wie sie genutzt werden kann, erfahren Sie hier.

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Was ist die Globalstrahlung?

Als Globalstrahlung bezeichnet man die Strahlung, die auf der Erdoberfläche von der Sonne ankommt. Genau genommen gilt die auf einer horizontalen Ebene auf der Erdoberfläche auftreffende Strahlung als Globalstrahlung. Damit kann Boden auf dem Festland oder aber auch die Meeresoberfläche gemeint sein.

Maßeinheit der Globalstrahlung

Die Globalstrahlung wird in Watt bzw. Kilowattstunden pro Quadratmeter angegeben (W/m² bzw. kWh/m²). Erfolgt die Angabe in Watt pro Quadratmeter, ist davon die Rede, wie viel Sonnenenergie in einem Moment an einer bestimmten Stelle der Erde auf der Erdoberfläche ankommt. Diese Angabe findet man häufiger in Wetterberichten. 

Bei einer Angabe in Kilowattstunden pro Quadratmeter wird die Globalstrahlung in einer gewissen Zeitspanne gemessen. Meist ist die durchschnittliche Globalstrahlung in einem Jahr gemeint (kWh / m²*a). Diese Maßeinheit ist vor allem für die Nutzung von Solarenergie und die Planung von Solaranlagen relevant.

Warum spricht man von Globalstrahlung und nicht einfach von Sonneneinstrahlung? 

Sonneneinstrahlung ist ein Sammelbegriff für die von der Sonne ausgesandte Strahlung. Da diese jedoch nicht vollständig auf der Erde ankommt und sich auch dort nochmal aufteilt, haben sich verschiedene Unterbegriffe für die Sonneneinstrahlung gebildet. 

Sonnenstrahlung im Weltall, die noch nicht die Atmosphäre durchbrochen hat, bezeichnet man als extraterrestrische Strahlung. Trifft extraterrestrische Strahlung auf die Atmosphäre, wird sie durch mehrere Effekte abgeschwächt. 


Gründe für die Abschwächung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre:

  • Streuung an Luftmolekülen
  • Streuung, Absorption und Reflexion bei Wolken- und Aerosolpartikeln
  • Absorption an Wasserdampf, Kohlendioxid, Ozon und weiteren Spurengasen

Der Teil der Sonneneinstrahlung, der die Atmosphäre durchdringt und die Erde erreicht, ist die sogenannte Globalstrahlung. 

Die Globalstrahlung setzt sich aus der direkten und der gestreuten Sonnenstrahlung zusammen. Unter der direkten Strahlung versteht man Sonnenstrahlung, die durch Schattenwürfe auch für uns sichtbar wird. Gestreute oder auch diffuse Strahlung ist hingegen nicht sichtbar.

Welcher Anteil der Globalstrahlung direkte und welcher gestreut ist, hängt von der Bewölkung und dem Sonnenstand ab. Je höher die Sonne am Himmel steht und je weniger Bewölkung vorhanden ist, desto höher ist auch die direkte Sonneneinstrahlung.

Wie hoch ist die Globalstrahlung?

Die Globalstrahlung ist kein konstanter Wert, sondern schwankt je nach Standort, Wetterlage, Jahreszeit und weiteren Faktoren. Im Sommer ist die Globalstrahlung dementsprechend höher als im Winter und an wolkenlosen Tagen kommt ebenfalls mehr Sonnenenergie auf der Erdoberfläche an. 

Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung

  • Jahreszeit
  • Bewölkung
  • Tageszeit & Sonnenstand
  • Breitengrad (am Äquator mehr Sonnenstrahlung als an den Polen)
  • Höhe über dem Meeresspiegel
  • Sauberkeit der Luft (Abstrahlung, Streuung und Reflexion durch Schmutzpartikel)

Globalstrahlung im Jahresmittel an verschiedenen Orten weltweit (Tabelle)

Die folgende Tabelle gibt durchschnittliche jährliche Strahlungswerte für verschiedene Standorte in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh /m²*a) an. 

ORT

DURCHSCHNITTLICHE GLOBALSTRAHLUNG IN kWh / m²*a

Deutschland

1000

Kenia

  2400

Frankreich

  1200

Spanien

1600

Globalstrahlung in Deutschland nach Region

Wie stark die durchschnittliche Globalstrahlung in Deutschland regional variieren kann, zeigt die folgende Abbildung. Während in Norddeutschland nur jährlicher Strahlungen von unter 1.000 kWh / m² erreicht werden, haben Bayern und Baden-Württemberg örtlich Strahlungen von bis zu 1.300 kWh / m².

Sonneneinstrahlung in Deutschland als Einflussfaktor auf den Photovoltaik Ertrag
Quelle: SolarGIS

Nutzungsfelder der Globalstrahlung

Die auf der Erde ankommende Globalstrahlung kann für zahlreiche Zwecke genutzt werden. Allein für die Natur und Lebewesen ist die Sonneneinstrahlung unerlässlich. So wird etwa für die Photosynthese Sonnenlicht benötigt und auch wir Menschen brauchen Sonne. 

Beschränkt man sich auf die technischen Nutzungsfelder der Solarstrahlung, so ist die Photovoltaik eine zentrale Technologie zur Nutzung der Strahlungsenergie der Sonne. Photovoltaikanlagen wandeln mithilfe des photoelektrischen Effekts Sonnenlicht in elektrische Energie um. Damit sind Photovoltaikanlagen eine vollständig erneuerbare Form der Stromerzeugung und ein zentraler Schlüssel zur Reduktion unserer CO2-Emissionen.

Bedeutung der Globalstrahlung für die Planung von Solaranlagen

Die durchschnittliche jährliche Globalstrahlung ist eine relevante Größe für die Ertragsprognose von Solaranlagen. Zwar ist die Sonneneinstrahlung lediglich eine theoretische Kennzahl, sie kann jedoch einen groben Richtwert liefern. 

Sie sollten jedoch beachten, dass der tatsächliche Ertrag unter der durchschnittlichen Globalstrahlung liegt. Oftmals sind die Solarmodule nicht ideal zur Sonne ausgerichtet und auch Neigung und Verschattung bzw. der Wirkungsgrad der Module spielen eine Rolle.

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