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Solarkonstante

Solarkonstante als Gradmesser der Strahlungsintensität der Sonne

Die Solarkonstante ist ein Wert, der die Intensität der Sonneneinstrahlung beschreibt. Ein Mittelwert für die Solarkonstante, die die gemittelte extraterrestrische Sonneneinstrahlung auf der Erde angibt, wurde im Jahre 1982 durch die Weltorganisation für Meteorologie im schweizerischen Genf festgelegt. Die hier festgelegte Solarkonstante unterliegt den Annahmen, dass sich die Erde in einem mittleren Abstand zur Sonne befindet und die Sonneneinstrahlung oder Solarenergie orthogonal, also senkrecht - auf den blauen Planeten trifft. Sie beschreibt zum Beispiel nicht die Sonneneinstrahlung und Strahlungsintensität in Deutschland oder den Energiewert, den eine thermische Solaranlage liefern kann.

Das Stefan-Boltzmann-Gesetz

Solarkonstante
Solarkonstante Karte

Der Einfluss der Atmosphäre auf den Ertrag einer Solaranlage wird bei der Solarkonstante nicht berücksichtigt. Das verdeutlicht, dass die Solarkonstante nicht die Strahlungsintensität in Deutschland beschreibt. Von Interesse ist die Solarkonstante trotzdem nicht nur für Meteorologen. Auch Betreiber von Solaranlagen können die Solarkonstante dazu nutzen, die maximale Sonneneinstrahlung, die bei einer Solaranlage als Energielieferant genutzt wird, abzuschätzen. Die Bestimmung der Größenordnung, die die Solarkonstante hat, erfolgt über das Stefan-Boltzmann-Gesetz, welches eine Abschätzung der Größenordnung erlaubt. Die gemittelte Solarkonstante liefert einen Durchschnittswert für den schwankenden Wert der momentanen Sonneneinstrahlung.

Der momentane Wert für die Intensität der Sonneneinstrahlung schwankt über das Jahr etwa zwischen 1300 Watt pro Quadratmeter und 1400 Watt pro Quadratmeter.

Das ist ein deutlich stärkerer Einfluss als der Sonnenfleckenzyklus, welcher die Sonneneinstrahlung kaum beeinflusst und von Inhabern einer Solaranlage daher nicht gefürchtet werden muss.

Solarkonstante und Globalstrahlung

Globalstrahlung
Globalstrahlung in Deutschland

Nicht verwechselt werden sollte die Solarkonstante mit der Globalstrahlung, welche insbesondere für Betreiber einer Solaranlage für deren Wärmegewinn in der Solarthermie, oder der Höhe der Einspeise-Vergütung in der Photovoltaik interessant sein kann. Die Globalstrahlung beschreibt nämlich im Gegensatz zur Solarkonstante die für eine Solaranlage wichtige Sonneneinstrahlung, die sowohl die direkte Sonneneinstrahlung, auch Direktstrahlung genannt, als auch die durch Wolken, Wasser und Staub gestreute Diffusstrahlung, wichtig ist, meist direkter als die Solarkonstante. Ein Vergleich zwischen Solarkonstante und der die Strahlungsintensität in Deutschland beschreibenden lokal spezifischen Globalstrahlung kann deren Vorteile in Bezug auf die Solaranlage aufzeigen. So ist die gemittelte Solarkonstante bei 1367 Watt pro Quadratmeter veranschlagt. Die momentane Globalstrahlung an einem wolkenlosen Sommertag soll hingegen eine Strahlungsintensität in Deutschland von rund 900 Watt pro Quadratmeter haben. Im Allgemeinen liegt die Jahressumme der Globalstrahlung, also gewissermaßen die Strahlungsintensität in Deutschland über das ganze Jahr hinweg, bei einem Wert zwischen 900 kWh pro Quadratmeter und 1200 kWh pro Quadratmeter. Mit gewissen Unterschieden in Folge der Breitengraden hoch im Norden bei Kiel oder weiter südlich in München. Diese kann beispielsweise mit einer thermischen Solaranlage zur Wärmegewinnung in Form einer solaren Warmwasser-Bereitung oder solaren Heizungsunterstützung, bzw. als Solarstrom durch eine Photovoltaikanlage genutzt werden. Somit beschreibt die Globalstrahlung die reelle Sonnenstrahlung, die für die Solaranlage auch in Bezug auf die Strahlungsintensität in Deutschland von Belang ist.

Intensität der Sonnenstrahlung in Deutschland

So liefert die Globalstrahlung im Zusammenhang mit einer Solaranlage brauchbare Daten zur Strahlungsintensität in Deutschland. Diese kann beispielsweise zur Leistungsberechnung verwendet werden. Das Problem mit der Solarkonstanten liegt hierbei in der Tatsache, dass diese die Einflüsse der Atmosphäre nicht berücksichtigt, was eben die Globalstrahlung für die Strahlungsintensität in Deutschland leisten kann. Im Gegensatz zu anderen Einflüssen, die auf die Sonneneinstrahlung wirken, beeinflussen Wolken und andere die Sonneneinstrahlung reflektierende Objekte die Strahlungsintensität in Deutschland und anderswo deutlich. Für die Strahlungsintensität in Deutschland sind dabei zum Beispiel Schwankungen von mehreren 100 Watt pro Quadratmeter möglich. Bei der Planung von Solaranlagen wird daher neben den Eckdaten zum Haus und des individuellen Wärmebedarfs und Einsatzzweck (Warmwasserbereitung oder solare Heizungsunterstützung) daher stets der Breitengrad der neuen Solaranlage mit abgefragt.

Die Globalstrahlung

Manchmal reduziert sich die Globalstrahlung sogar fast komplett auf die indirekte Diffusstrahlung, welche ein Bestandteil der Globalstrahlung darstellt. Für Inhaber einer Solaranlage sind solche momentanen Werte der Globalstrahlung weniger erfreulich, so dass sich diese Werte für die Strahlungsintensität in Deutschland wünschen, die beispielsweise im sonnigen Spanien zu finden sind. Betreiber von Solaranlagen können sich hier über eine Globalstrahlung von etwa 2000 kWh pro Quadratmeter und Jahr freuen. Diese Unterschiede in der Jahressumme der Globalstrahlung zeigen auch, welche Komplexität die Solarkonstante bei der Bestimmung der Strahlungsintensität in Deutschland oder in einem anderen Land mit sich bringen kann.

Bei einer thermischen Solaranlage empfiehlt sich der daher in unseren Gefilden und Breitengraden Mittel- und Nordeuropas der Einsatz von Solarkollektoren mit hoher Leistung, die in der Lage sind einen hohen Anteil der diffusen Strahlung zu absorbieren. Neben den vorgegebenen Parametern durch die Sonne und den Kenndaten des Solarkollektors bedingen im Wesentlichen die Ausrichtung der Solaranlage zur Sonne den zu erwartenden Solarertrag. Besonders hervorzuheben sind hier der Dachneigungswinkel, sowie der Azimutwinkel der Solaranlagen zur Sonne.