Der Photovoltaik-Anlagen Projektleitfaden / Nachhaltigkeit (PDF)

Kapitel 2.1.1 Die Sonnenstrahlung

Die Strahlung der Sonne beträgt oberhalb der Erdatmosphäre durchschnittlich 1365 W/m2. Davon erreichen die Atmosphäre wegen der Kugelgestalt der Erde und der Sonnen-Abgewandten Nachtseite jeweils einer Erdhälfte aber nur 342 W/m2.

Unter Sonnenstrahlung versteht man physikalisch einen Fluss von elektromagnetischen Wellen mit einer Energie von 8 J/ (cm2 x min.) bzw. 1,35 kW/m2 (Solarkonstante). Das Strahlungsspektrum beträgt: 10-16 m bis 106 m Wellenlänge. Das Spektrum wird unterteilt in ionisierende Strahlung, optische Strahlung und Hochfrequenzstrahlung. Die Strahlung wird verursacht durch die Reaktion von Wasserstoffatomkernen (Protonen) zu Heliumatomkernen (Kernfusion) mit über 14 Millionen °C im Kern der Sonne. Im SI-System ist die Energieeinheit das Joule (1J = 1Nm) und der Strahlungsfluss wird in der Einheit J/s m² angegeben, was gleichbedeutend der Einheit W/m² ist. In älteren Lehrbüchern ist als Einheit die cal gebräuchlich.

Die Strahlung, die die Erde erreicht, stammt aus einem äußeren Bereich der Sonne, wo die Temperatur an der Sonnenoberfläche nur noch ca. 5000-6000 °C beträgt. Die höchste Strahlungsintensität und damit den Hauptanteil der Energie liefert der Bereich des sichtbaren Lichts von 380-750 nm Wellenlänge (violett bis rot) mit ca. 50 %, gefolgt von der Infrarot-Strahlung von 750 nm - 24 µm (nah bis weit) und der UV-Strahlung von 10-380 nm (extrem weit bis nah).

Sowohl der Ultraviolettanteil (UV-C und UV-B) als auch der mittlere Infrarotanteil liefern mit je ca. 1% nur einen geringen Energiebeitrag (bezogen auf Meeresspiegelhöhe). Die Intensität der Sonneneinstrahlung auf eine horizontale Fläche ist abhängig von der auftreffenden Sonnenstrahlung und der Sonnenhöhe. Die auf die Erde treffende Sonnenstrahlung rührt aus der Temperatur der Sonnenoberfläche her. Hier die Bezeichnungen einzelner Wellenlängenbereiche des Sonnenspektrums. Die solare Einstrahlung auf die Erde liefert im Jahr