Lichtenergie der Sonne

phys. Grundlagen

Lichtenergie der Sonne (Sonnenstrahlung) ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Energie von 8 J/(cm²x min.) bzw. 1,35 kW/m²(Solarkonstante). Sie wird unterteilt in ionisierende Strahlung, optische Strahlung und Hochfrequenzstrahlung. Die Strahlung wird verursacht durch die Reaktion von Wasserstoffmolekülen zu Helium (Kernfusion) an der Sonnenoberfläche bei Temperaturen von 5000-6000 °C.

Die höchste Strahlungsintensität und damit den Hauptanteil der Energie liefert der Bereich des sichtbaren Lichts von 380-780 nm Wellenlänge (blau-rot) mit ca. 50 %, gefolgt von der Infrarot-Strahlung mit ca. 49 % und der UV-Strahlung mit ca. 1 % (bezogen auf Meeresspiegelhöhe). Die Pflanzen auf der Erdoberfläche haben sich daran angepaßt, indem sie gerade diesen Wellenlängenbereich absorbieren und in biochemische Energie umwandeln können. Die eingestrahlte Sonnenenergie beträgt weltweit ca. 1.540.000.000.000.000.000 kWh/a (ca. das 15.000-fache des weltweiten Stromverbrauchs).

Energiepotential

Von der Energie der Solarkonstante erreichen etwa 0,5-1 kW/m² die Erdoberfläche. Dieser Wert wird stark beeinflußt von dem Grad der Bewölkung, der Höhenlage über Meeresspiegel, der Tageslänge und dem Sonnenstand (Jahreszeit, geographische Breite). Während die eingestrahlte Energie am Äquator relativ konstant bleibt, wird sie mit zunehmender geographischer Breite jahreszeitenabhängiger, kann jedoch auch aufgrund der längeren Tage in den Sommermonaten höhere Tageswerte als am Äquator erreichen.

In Deutschland beträgt die Einstrahlung über alle Tages- und Jahreszeiten hinweg ca. 1000 kWh/m² pro Jahr. Die Einstrahlung im Sommer beträgt etwa das fünffache der Einstrahlung im Winter. Die durchschnittlichen Sonnenstunden pro Jahr (Stunden direkter Sonnenstrahlung mit mindestens 0,2 kW/m²) betragen in Deutschland etwa 1.300-1.900 h. Die unteren Werte sind zumeist in Mitteldeutschland (Nordrhein-Westfalen, Nordhessen, Südthüringen, Südsachsen) zu erwarten, hohe Werte in Norddeutschland und die höchsten Werte in Süddeutschland.