Artikel aktualisiert am 02.05.2023
von Boris Stippe | ca: 7 Min. zu lesen

Bestrahlungsstärke

Was bedeutet die Intensität der Solarstrahlung?

Die Bestrahlungsstärke beschreibt die Menge an Sonnenenergie, die pro Fläche und Zeit auf eine bestimmte Fläche trifft. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und ist ein wichtiger Faktor für die Erzeugung von Solarstrom.

Pyranometer zur Messung der Bestrahlungsstärke
Pyranometer zur Messung der Bestrahlungsstärke (Bildquelle: prakhob_khonchen – stock.adobe.com)

Die Bestrahlungsstärke ist ein zentraler Begriff in der Solarenergiegewinnung und beschreibt die Menge an Sonnenenergie, die pro Zeiteinheit auf eine bestimmte Fläche auftrifft. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und gibt an, wie viel Energie pro Fläche zur Verfügung steht. Die Bestrahlungsstärke ist jedoch nicht konstant, sondern hängt von verschiedenen Faktoren wie Tageszeit, Jahreszeit, geographischer Lage, Wetter und der Höhe der Sonne am Himmel ab.

Um Solarstrom zu erzeugen, benötigt man Photovoltaikanlagen, die die Sonnenenergie in elektrische Energie umwandeln. Dabei spielen die Bestrahlungsstärke und der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen eine wichtige Rolle. Je höher die Bestrahlungsstärke und je senkrechter die Sonnenstrahlen auf die Photovoltaikzellen treffen, desto mehr Solarstrom kann erzeugt werden. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, Photovoltaikanlagen auf Dächern oder Freiflächen mit möglichst geringer Verschattungsgefahr zu installieren und auszurichten.

Welche Bestrahlungsstärke ist für die Erzeugung von Solarstrom optimal?

Die optimale Bestrahlungsstärke für die Erzeugung von Solarstrom hängt von verschiedenen Faktoren wie Art und Größe der Photovoltaikanlage, dem geografischen Standort und den klimatischen Bedingungen ab. In der Regel ist jedoch eine Bestrahlungsstärke von ca. 1.000 W/m² optimal.

Eine Bestrahlungsstärke von 1.000 W/m² entspricht der Einstrahlung bei klarem Himmel und Sonnenhöchststand am Äquator. In Regionen mit höheren Breitengraden oder stärkerer Bewölkung kann die Bestrahlungsstärke jedoch deutlich geringer sein.

Zu beachten ist auch, dass eine zu hohe Bestrahlungsstärke die Leistung von Photovoltaikanlagen beeinträchtigen kann. Bei hohen Temperaturen kann es zu einer Überhitzung der Photovoltaikzellen kommen, was wiederum zu einem geringeren Wirkungsgrad führt. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass Photovoltaikanlagen ausreichend belüftet sind und die Wärmeabfuhr optimiert ist.

Um die optimale Bestrahlungsstärke für die Erzeugung von Solarstrom zu erreichen, ist es wichtig, Photovoltaikanlagen zur Sonne auszurichten. Dies kann durch eine entsprechende Neigung und Ausrichtung der Photovoltaikmodule erreicht werden. In der Regel ist es auch sinnvoll, die Module in Reihen oder Strings zu gruppieren, um die Leistung der Gesamtanlage zu maximieren.

Wie beeinflusst die Bestrahlungsstärke den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen?

Die Bestrahlungsstärke hat einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen. Je höher die Bestrahlungsstärke, desto mehr Sonnenenergie kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Dies liegt daran, dass die Solarzellen in einem Photovoltaikmodul auf die einfallende Sonnenstrahlung reagieren und Elektronen freisetzen, die durch einen Stromkreis fließen und dabei elektrische Energie erzeugen.

Eine zu hohe Bestrahlungsstärke kann jedoch auch zu einer Überhitzung der Solarzellen führen, was wiederum den Wirkungsgrad beeinträchtigen kann. Denn die Wärme, die durch die hohe Bestrahlungsstärke entsteht, kann die Leistung der Solarzellen verringern. Daher ist es wichtig, dass die Solarzellen ausreichend gekühlt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Eine weitere wichtige Rolle für den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen spielt der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen. Wenn die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Solarzellen treffen, kann mehr Sonnenenergie absorbiert werden, was zu einer höheren Leistung und einem höheren Wirkungsgrad führt. Wenn die Sonnenstrahlen jedoch in einem flacheren Winkel einfallen, kann weniger Sonnenenergie absorbiert werden, was zu einem geringeren Wirkungsgrad führt.

Weitere Faktoren, die den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen beeinflussen können, sind Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftverschmutzung und Verschattung. Hohe Temperaturen können den Wirkungsgrad verringern, da die Solarzellen weniger effizient arbeiten, wenn sie zu heiß werden. Feuchtigkeit und Luftverschmutzung können den Wirkungsgrad ebenfalls beeinträchtigen, da sie das Eindringen der Sonnenstrahlen in die Solarzellen verringern können. Schließlich kann auch die Verschattung von Photovoltaikanlagen zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führen, da der Schatten das Eindringen der Sonnenstrahlen in die Solarzellen behindert.

Wie misst man die Bestrahlungsstärke?

Die Bestrahlungsstärke wird mit einem so genannten Pyranometer gemessen. Ein Pyranometer ist ein spezielles Messgerät, das die Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeit misst, die auf eine bestimmte Fläche auftrifft. Das Pyranometer wird normalerweise an einem Ort angebracht, der repräsentativ für die Bestrahlungsstärke in der Umgebung ist, z. B. auf einem Dach oder einem Mast. Es gibt verschiedene Arten von Pyranometern, die sich in der Art der Messung und der verwendeten Sensortechnik unterscheiden.

Es gibt zwei Arten von Pyranometern: Thermoelement-Pyranometer und Halbleiter-Pyranometer. Thermoelement-Pyranometer messen die Strahlungsdifferenz zwischen einer schwarzen Oberfläche, die sich bei Sonneneinstrahlung erwärmt, und einer weißen Referenzoberfläche, die nicht bestrahlt wird. Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Oberflächen wird dann mit einem Thermoelement gemessen. Halbleiter-Pyranometer verwenden eine Photodiode oder einen Photoresistor, um die Intensität der einfallenden Strahlung zu messen. Diese Art von Pyranometern erfordert im Allgemeinen weniger Wartung und ist genauer als Thermoelement-Pyranometer.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Messung der Bestrahlungsstärke von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden kann, wie z. B. Höhe über dem Meeresspiegel, geographische Breite, Luftverschmutzung, Bewölkung und Wetter. Daher ist es wichtig, dass die Pyranometer an repräsentativen Standorten installiert und die Daten regelmäßig kalibriert werden, um genaue Messungen zu gewährleisten.

Was ist der Unterschied zwischen Bestrahlungsstärke und Globalstrahlung?

Die Bestrahlungsstärke und die Globalstrahlung sind zwei eng verwandte, aber unterschiedliche Konzepte der Sonnenstrahlung.

Die Bestrahlungsstärke beschreibt die Menge an Sonnenenergie, die pro Zeiteinheit auf eine bestimmte Fläche auftrifft. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und ist ein wichtiger Faktor für die Erzeugung von Solarstrom. Die Bestrahlungsstärke kann mit einem Pyranometer direkt gemessen werden und hängt von verschiedenen Faktoren wie Tageszeit, Jahreszeit, geographischer Lage, Wetter und Sonnenstand ab.

Die Globalstrahlung hingegen ist die gesamte auf eine bestimmte Fläche in einem bestimmten Zeitraum einfallende Sonnenenergie, einschließlich der direkten und der diffusen Strahlung. Direkte Strahlung ist die Sonnenstrahlung, die direkt von der Sonne kommt, während diffuse Strahlung durch Streuung und Reflexion in der Atmosphäre entsteht. Die Globalstrahlung wird in der Einheit kWh/m² pro Jahr gemessen und gibt an, wie viel Energie pro Fläche und Zeit zur Verfügung steht. Sie ist ein wichtiger Faktor bei der Berechnung des Energieertrags von Solaranlagen und wird üblicherweise durch Messung der Bestrahlungsstärke und Integration über einen Zeitraum von einem Jahr berechnet.

Der Unterschied zwischen Bestrahlungsstärke und Globalstrahlung besteht also darin, dass die Bestrahlungsstärke die Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeiteinheit misst, während die Globalstrahlung die gesamte Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeiteinheit, einschließlich direkter und diffuser Strahlung, misst. Beide Konzepte sind wichtig für die Erzeugung von Solarenergie und werden zur Berechnung des Energieertrags von Solaranlagen verwendet.

Fazit

Die Bestrahlungsstärke ist ein wichtiger Faktor für die Erzeugung von Solarstrom und beschreibt die Menge an Sonnenenergie, die pro Fläche und Zeit auf eine bestimmte Fläche auftrifft. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und hängt von verschiedenen Faktoren wie Tageszeit, Jahreszeit, geografischer Lage, Wetter und Sonnenstand ab. Für die Erzeugung von Solarstrom ist eine Bestrahlungsstärke von ca. 1.000 W/m² optimal, wobei die optimale Bestrahlungsstärke von verschiedenen Faktoren wie Größe und Art der Photovoltaikanlage und den klimatischen Bedingungen abhängt. Die Bestrahlungsstärke hat einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen. Die Bestrahlungsstärke wird mit einem Pyranometer gemessen, einem speziellen Messgerät, das die Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeit misst. Der Unterschied zwischen Bestrahlungsstärke und Globalstrahlung besteht darin, dass die Bestrahlungsstärke die Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeiteinheit misst, während die Globalstrahlung die gesamte Menge an Sonnenenergie pro Fläche und Zeiteinheit misst.

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