Was ist Globalstrahlung und wie wirkt sie sich auf den PV-Ertrag aus?

Im Zusammenhang mit Photovoltaik ist häufig von Globalstrahlung die Rede. Darunter versteht man die gesamte Solarstrahlung, die auf einer horizontalen Fläche an der Erdoberfläche auftrifft. Wie setzt sich die Globalstrahlung zusammen, welche Faktoren beeinflussen sie, und was bedeutet das für den Ertrag einer Photovoltaikanlage?

Wie setzt sich die Globalstrahlung zusammen?

Die Globalstrahlung setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen. Zum einen aus der Direktstrahlung, also der auf direktem Weg auf der Erde eintreffenden Sonneneinstrahlung. Und zum anderen aus der sogenannten Diffusstrahlung, welche die Erdoberfläche indirekt über Streuung an Wolken, Luftfeuchtigkeit und Staubpartikeln erreicht. Sonnenlicht, das auf dem Weg zur Erde vollständig absorbiert oder reflektiert wird, zählt nicht zur Globalstrahlung. Auch die Reflektionen von umgebenden Flächen fließen nicht mit in die Kennzahl ein.

Wodurch wird die Globalstrahlung beeinflusst?

Je nach Standort, Tages- und Jahreszeit, Wetter und atmosphärischer Trübung kann die Globalstrahlung stark unterschiedlich sein. Die beeinflussenden Faktoren:

Geographische Lage: Je kürzer der Weg der Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre, desto weniger werden sie absorbiert oder gestreut. Deshalb ist die Globalstrahlung in Äquatornähe und in den Bergen allgemein höher als in Polarnähe und am Meer.
Tages- und Jahreszeit: Aufgrund des sich verändernden Einfallswinkels der Sonnenstrahlen ist die Globalstrahlung mittags stärker als am Morgen oder Abend, und im Sommer stärker als im Winter.
Wetter: Bei klarem Himmel besteht die Globalstrahlung weit überwiegend aus Direktstrahlung; bei einer geschlossenen Wolkendecke dagegen fast ausschließlich aus der schwächeren Diffusstrahlung. In Deutschland liegt der Anteil der diffusen Strahlung im Jahresdurchschnitt bei rund 50 %.
Atmosphärische Trübung: Nicht nur Wolken, sondern auch Luftfeuchtigkeit, Staub- und Rußpartikel absorbieren, reflektieren und streuen das Sonnenlicht. Deshalb beträgt der Anteil der stärkeren Direktstrahlung an der Erdoberfläche niemals 100 %.

Wie misst man die Globalstrahlung?

In der Meteorologie wird die Globalstrahlung zunächst in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen. Diese Größe beschreibt i.d.R. die auftreffende Solarstrahlung während einer Sekunde. Hierfür wird ein sogenannter Pyranometer verwendet. Zusätzlich erfolgt eine Messung über längere Zeiträume; die Globalstrahlung wird dann in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) pro Zeiteinheit angegeben. Im Zusammenhang mit Photovoltaik ist vor allem die Globalstrahlung pro Jahr relevant.

Die Globalstrahlung in Deutschland nimmt zu.

Im Jahr 2022 hat die Globalstrahlung in Deutschland einen neuen Spitzenwert von 1.227 kWh/m² erreicht. Dabei variierten die Werte zwischen ca. 1.000 kWh/m² an den nördlichen Küsten und über 1.350 kWh/m² am Bodensee und im Voralpenland.

Insgesamt hat die durchschnittliche Globalstrahlung über die letzten vier Jahrzehnte deutlich zugenommen. In den 1980er Jahren wurden im Schnitt 1.014 kWh/m² gemessen; in den 2010er Jahren waren es bereits 1.114 kWh/m². Ein Grund hierfür ist die Zunahme der Sonnenstunden pro Jahr, die zumindest teilweise mit dem Klimawandel zusammenhängt. Eine weitere Ursache ist dagegen ausnahmslos positiv zu bewerten. Denn auch die Abnahme der Luftverschmutzung in Deutschland hat zu einer höheren Globalstrahlung geführt.

Wie hängen Globalstrahlung und PV-Ertrag zusammen?

Grundsätzlich gilt: Je intensiver die Globalstrahlung, desto höher der Ertrag von Solaranlagen. Da die Globalstrahlung jedoch per Definition die Sonnenstrahlung misst, die auf eine horizontale Fläche auftrifft, müssen für die Ertragsprognose einer PV-Anlage weitere Faktoren berücksichtigt werden. Der Neigungswinkel und die Ausrichtung der Solarmodule haben entscheidenden Einfluss. Und auch die vom Boden reflektierte Sonnenstrahlung, die nicht zur Globalstrahlung zählt, kann eine relevante Einflussgröße sein. Sonnenlicht, dass zum Beispiel von einer Wasseroberfläche oder einer Schneedecke reflektiert wird, kann zusätzlich zur Globalstrahlung einen beachtlichen Beitrag zur Energiegewinnung leisten.

Fazit

Die Globalstrahlung ist, zusammen mit weiteren Faktoren, eine wichtige Maßgröße für die Planung von PV-Anlagen. Sie ist die Summe der auf der Erde auftreffenden stärkeren Direktstrahlung und der weniger intensiven Diffusstrahlung. Da die Globalstrahlung in Deutschland über die letzten Jahrzehnte zugenommen hat, sind die Bedingungen für eine Solaranlage auf dem Dach noch attraktiver geworden.