Wie viel Leistung hat die Sonne?

Wie viel Leistung hat die Sonne: 1361 vs 1000 Watt

Bei der Betrachtung, wie viel leistung hat die sonne, existiert ein großer Unterschied zwischen dem leeren Weltraum und unserem Erdboden. Das Verständnis der atmosphärischen Filtereffekte hilft bei der optimalen Nutzung von Solarmodulen für nutzbaren Haushaltsstrom. Entdecken Sie im Folgenden die genauen Messwerte der Sonnenenergie.

Wie viel Leistung hat die Sonne wirklich?

Die Frage nach der Energie unseres Zentralgestirns kann auf verschiedene Weisen interpretiert werden, da die reine Strahlung im Weltraum stark von dem abweicht, was letztlich unten auf dem Erdboden ankommt. Die Sonne erzeugt eine gigantische gesamtstrahlungsleistung sonne watt von rund 3,85 10^26 Watt. Das entspricht einer unvorstellbaren Zahl von 385 Quadrillionen Watt, die permanent in alle Richtungen des Weltalls abgegeben wird. ^[1]

Diese Energie ist gigantisch. Gigantisch genug, um das gesamte Sonnensystem zu illuminieren. Seien wir ehrlich: Kaum jemand versteht diese riesigen Zahlen auf Anhieb. Wenn ich abends erschöpft auf der Terrasse sitze und die gespeicherte Wärme des Tages nachspüre, wird mir die Relation erst bewusst. Es gibt jedoch einen entscheidenden, völlig unlogischen Faktor, den fast alle Hausbesitzer bei der Solarplanung übersehen - ich werde dieses Rätsel im Abschnitt über die reale Solarleistung auf dem Dach auflösen.

Von der Sonnenoberfläche bis zu uns nach Deutschland

Auf dem weiten Weg zur Erde verliert sich ein Großteil der ursprünglichen Energie im leeren Raum. An der äußeren Obergrenze unserer Atmosphäre treffen im Mittel noch exakt 1361 Watt pro Quadratmeter ein, was Wissenschaftler gemeinhin als solarkonstante erde watt bezeichnen. Am Boden in Deutschland kommen nach dem Abzug aller atmosphärischen Filtereffekte bei absolut klarem Himmel schließlich bis zu 1000 Watt pro Quadratmeter an. ^[3]

Die Solarkonstante - und das überrascht die meisten Menschen - bleibt im Weltall relativ stabil. Doch die dicke Lufthülle der Erde filtert, reflektiert und streut die ankommenden Strahlen unaufhörlich. Das täuscht. Ein gewaltiger Unterschied entsteht hierbei. Wenn man im Sommer draußen steht, spürt man die thermische Kraft direkt auf der Haut brennen. Am Ende bestimmt das lokale Wetter, wie viel von dieser ursprünglichen Energie tatsächlich den Erdboden berührt und genutzt werden kann.

Wenn man am helllichten Tag im Hochsommer auf ein glühend heißes Metalldach steigt, um die Ausrichtung der nagelneuen Photovoltaikanlage zu überprüfen, während der Schweiß in Strömen fließt und die Augen von der extremen Blendung schmerzen, begreift man erst so richtig, welche immense Kraft in diesen Strahlen steckt. Selten erlebt man ein Naturschauspiel von einer solchen Intensität. Diese Energiemenge (die wir uns im Alltag kaum bildlich vorstellen können) treibt schlussendlich unser gesamtes Klima an.

Theorie gegen Praxis: Wie viel Solarleistung landet auf dem Dach?

Die Umwandlung von natürlicher Sonnenenergie in nutzbaren Haushaltsstrom ist stark durch die moderne Technologie begrenzt. Eine zeitgemäße Solarzelle besitzt derzeit einen Wirkungsgrad von etwa 20 bis 24 Prozent. Ein gewöhnliches Solarmodul mit einer Standardfläche von zwei Quadratmetern erzeugt unter optimalen Bedingungen somit eine Spitzenleistung von rund 400 bis 480 Watt. ^[5]

Hier liegt oft der Haken bei der Planung. Hier ist der unlogische Faktor, den ich anfangs erwähnt habe: Hitze bremst Solarzellen aus. Je heißer die Sonne brennt, desto weniger Strom erzeugen sie. Die Sonne brennt. Das klingt völlig widersprüchlich, ist aber ein physikalisches Gesetz von Halbleitern. Wer im kühlen, aber sonnigen Frühling seine Anlage beobachtet, wird oft bessere Spitzenwerte messen als an drückend heißen Hundstagen im August.

Sonnenleistung im Vergleich: Weltall, Erdboden und Photovoltaik

Die verfügbare Leistung der Sonne verändert sich drastisch, je nachdem, wo wir den Messpunkt ansetzen und welche Technologie wir zur Ernte nutzen.

Solarkonstante (Weltraum)

• Steht auf der Erdoberfläche aufgrund der schützenden Atmosphäre nicht direkt zur Verfügung
• Keiner, da die Messung vor dem Eintritt in die Gas- und Staubschichten erfolgt
• Exakt 1361 Watt pro Quadratmeter an der Obergrenze der Erdatmosphäre

Einstrahlung Deutschland (Boden)

• Stark wetterabhängig und durch den Einfallswinkel der Jahreszeiten limitiert
• Starke Reduzierung durch Wolken, Wasserdampf, Ozon und Feinstaub in der Luft
• Bis zu 1000 Watt pro Quadratmeter bei wolkenlosem Himmel zur Mittagszeit

Reale Modulleistung (Photovoltaik)

• Der begrenzte Wirkungsgrad von 20 bis 24 Prozent lässt einen Großteil der Energie ungenutzt
• Doppelt gestraft durch Wolken sowie durch sinkende Effizienz bei sommerlicher Hitzeentwicklung
• Rund 400 bis 480 Watt Spitzenleistung pro Standardmodul im optimalen Zustand

Thomas aus Freiburg: Die Enttäuschung an den heißesten Tagen

Thomas, ein technischer Angestellter aus Freiburg, installierte eine neue Solaranlage auf seinem Süddach. Er erwartete die höchsten Stromerträge im Juli, als die Hitze in der Stadt unerträglich wurde.

Anstatt neuer Rekorde verzeichnete sein Wechselrichter zur Mittagszeit einen unerwarteten Leistungseinbruch. Frustriert vermutete Thomas einen Defekt an den teuren Modulen und reklamierte den Vorfall.

Ein Fachmann erklärte ihm schließlich die thermischen Gesetze der Halbleiterphysik. Thomas begriff, dass die extreme Hitze auf den Dachziegeln die elektrische Spannung der Solarmodule senkte.

Durch den nachträglichen Einbau einer verbesserten Hinterlüftung stabilisierte sich die Leistung im darauffolgenden Sommer. Der Ertrag stieg an heißen Tagen um spürbare Prozentpunkte an.