Die direkte Strahlung bezeichnet den Anteil der Sonneneinstrahlung, der ohne Umwege auf die Erdoberfläche trifft. Sie ist entscheidend für das Klima, das Leben und die Effizienz von Photovoltaikanlagen.
Die direkte Strahlung bezeichnet den Anteil der Sonneneinstrahlung, der ohne Umwege auf die Erdoberfläche trifft. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil der gesamten Sonneneinstrahlung, die die Erde erreicht.
Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre wird ein Teil der direkten Strahlung gestreut, reflektiert oder absorbiert. Dies verringert die Intensität der Strahlung, die tatsächlich auf der Erdoberfläche ankommt.
Obwohl die Sonneneinstrahlung auf die Atmosphäre mit einer Intensität von rund 1.340 W/m² auftrifft, erreicht nur etwa 1.000 W/m² die Erdoberfläche. Dieser Wert beinhaltet bereits die diffuse Strahlung und Reflexionsstrahlung.
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Wie unterscheidet sich direkte Strahlung von diffuser Strahlung?
Direkte Strahlung kommt direkt von der Sonne und trifft ungestört auf eine Oberfläche. Sie ist intensiv und konzentriert, was sie ideal für Solaranlagen macht. Diffuse Strahlung hingegen ist Sonnenlicht, das in der Atmosphäre gestreut wurde.
Sie kommt aus vielen verschiedenen Richtungen und ist weniger intensiv. Beide Arten von Strahlung sind wichtig für das Klima und das Leben auf der Erde.
Wie wird diese gemessen?
Direkte Strahlung wird typischerweise mit einem Pyrheliometer gemessen, einem Instrument, das speziell für die Messung der Intensität der direkten Strahlung entwickelt wurde. Das Pyrheliometer hat eine kleine Öffnung, die auf die Sonne ausgerichtet ist und nur direktes Sonnenlicht einfängt.
Es enthält einen Sensor, der die Wärme des eingefangenen Lichts misst und in eine elektrische Spannung umwandelt. Diese Spannung wird dann in eine Strahlungsintensität umgerechnet, normalerweise in Watt pro Quadratmeter (W/m²).
Für genaue Messungen muss das Pyrheliometer auf die Sonne ausgerichtet sein, was oft mit einem Sonnennachführsystem erreicht wird.
Wie variiert die direkte Strahlung je nach Standort und Jahreszeit?
Breitengrad: Orte näher am Äquator erhalten mehr direkte Strahlung als Orte näher an den Polen. Dies liegt daran, dass die Sonne am Äquator höher am Himmel steht und ihre Strahlen weniger Atmosphäre durchdringen müssen.
Höhe: Orte in höheren Höhen erhalten mehr direkte Strahlung, da die Atmosphäre dünner ist und weniger Strahlung absorbiert und streut.
Jahreszeit: Während der Sommermonate, wenn die Sonne höher am Himmel steht, ist die direkte Strahlung stärker. Im Winter, wenn die Sonne niedriger am Himmel steht, ist die sie schwächer.
Wetter: Klares, wolkenloses Wetter ermöglicht mehr direkte Strahlung, während bewölktes Wetter die Menge an direkter Strahlung reduziert.
Wie beeinflusst direkte Strahlung die Leistung von Photovoltaikanlagen?
Hohe Intensität: Direkte Strahlung ist intensiver als diffuse Strahlung und ermöglicht daher eine höhere Energieerzeugung. Photovoltaikanlagen können bis zu 90 % weniger leisten, wenn sie nur diffuser Strahlung ausgesetzt sind.
Ausrichtung: Photovoltaikanlagen sind in der Regel so ausgerichtet, dass sie die maximale Menge an direkter Sonnenstrahlung einfangen. Dies erhöht die Effizienz und den Energieertrag der Anlage.
Überhitzung: Bei sehr heißem Wetter und starker direkter Sonneneinstrahlung können Solarmodule überhitzen, was zu einem Leistungsabfall von bis zu 25 % führen kann. Daher ist eine optimale Betriebstemperatur von 25 °C für die Stromerzeugung angegeben.
Verschattung: Direkte Strahlung kann durch Verschattung beeinträchtigt werden. Moderne Solarmodule sind jedoch mit Bypass-Dioden ausgestattet, die den Strom umleiten, wenn ein Teil des Moduls verschattet oder verschmutzt ist, um Leistungsverluste zu minimieren.
Jahreszeitliche Schwankungen: Die Menge an direkter Strahlung variiert je nach Jahreszeit und Wetterbedingungen, was sich auf die Leistung der Photovoltaikanlage auswirkt. Im Winter, wenn die Sonnenstrahlung schwächer ist, wird nur 30 bis 35 Prozent des jährlichen Ertrags einer Photovoltaikanlage erzielt.
Gibt es Technologien, die speziell entwickelt wurden, um direkte Strahlung zu nutzen?
Konzentrierende Photovoltaik (CPV): CPV-Systeme verwenden Linsen oder Spiegel, um direkte Sonnenstrahlung auf eine kleine Fläche von hocheffizienten Solarzellen zu konzentrieren. Diese Systeme sind besonders effektiv in Gebieten mit hoher direkter Sonneneinstrahlung.
Solartracker: Solartracker sind Geräte, die Solarpanels so ausrichten, dass sie immer optimal zur Sonne stehen. Dies maximiert die Aufnahme direkter Sonnenstrahlung und erhöht die Energieerzeugung.
Parabolische Trogkollektoren und Solartürme: Diese Technologien konzentrieren direkte Sonnenstrahlung auf einen Punkt oder eine Linie, um Wärme zu erzeugen. Sie werden hauptsächlich in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt.
Wie hoch ist der Anteil an direkter Strahlung in Deutschland?
Fazit
Direkte Strahlung ist ein intensiver und konzentrierter Anteil der Sonneneinstrahlung, der unmittelbar auf die Erdoberfläche trifft. Sie spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung von Photovoltaikanlagen, da sie eine höhere Energieerzeugung ermöglicht.
Technologien wie konzentrierende Photovoltaik (CPV) und Solartracker sind speziell entwickelt worden, um diese Art von Strahlung optimal zu nutzen. Die Intensität der direkten Strahlung variiert je nach Standort, Jahreszeit und Wetterbedingungen.
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