Strahlungsarten, Einflussfaktoren und regionale Globalstrahlung
Die Globalstrahlung bildet eine wichtige Eingangsgröße für die Ertragsberechnung einer Photovoltaikanlage. Unter diesem Begriff versteht man die solare Strahlung, die auf einen Quadratmeter horizontale Empfangsfläche im Laufe eines Zeitraumes – meist eines Jahres – auftrifft. Der Beitrag klärt über den Unterschied zwischen Direktstrahlung und Diffusstrahlung auf, nennt die Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung und weist auf die regionalen Besonderheiten für den Erfolg einer PV-Anlage hin.
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Summe aus Direktstrahlung und Diffusstrahlung
Die Globalstrahlung setzt sich aus Direktstrahlung und Diffusstrahlung zusammen.
Die direkte Sonnenstrahlung ist die Strahlung, die von der Sonne ausgehend auf direktem Weg auf die Erde trifft. Ein anderer Name für die Direktstrahlung ist schattenwerfende Strahlung.
Bei der diffusen Sonnenstrahlung wird ein Teil der Sonnenstrahlung auf dem Weg durch die Erdatmosphäre von Wolken, Luftfeuchtigkeit und Partikeln in der Luft beeinflusst. Die Strahlen werden gestreut, d.h. in unterschiedliche Richtungen geleitet. Diese auch gestreute Strahlung oder diffuse Himmelsstrahlung genannte Strahlung kann bei durchgehend bewölktem Himmel bis zu 100 % der Globalstrahlung ausmachen. Im Jahresdurchschnitt liegt der Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung in Deutschland bei rund 50 %.
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Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung
Die Globalstrahlung ist keine Konstante, sondern abhängig von Standort, Tages- und Jahreszeit sowie vom Wetter. Mit steigendem Sonnenstand wird der Weg durch die Atmosphäre kürzer und die Absorption und Streuung geringer. Damit ist die Globalstrahlung prinzipiell in südlicheren Breiten höher und im Sommer größer als im Winter. Aber auch die jeweiligen Wetterbedingungen beeinflussen die Globalstrahlung. So sinkt die nutzbare Energiemenge der Sonne bei starker Bewölkung oder Nebel auf einen Bruchteil des Werts bei strahlendem Sonnenschein.
Pyranometer dienen der Messung des Momentanwerts. Die Einheit der erfassten Bestrahlungsstärke ist W/m². Der sog. Energieeintrag ergibt sich durch Summierung der eingestrahlten Energie über bestimmte Zeiträume, beispielsweise Stunden, Tage oder Jahre. Jahreseinträge werden in kWh/m²*a angegeben. Beispiel: Ein Jahreseintrag von 1.200 kWh/m²*a entspricht einer über das Jahr gemittelten Einstrahlleistung von 137 W/m². Dafür wird der Jahreseintrag einfach durch 8760 Stunden dividiert.
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Durchschnittliche und regionale Globalstrahlung
Für die Planung einer Photovoltaikanlage sind die Jahressummen der Globalstrahlung eine zentrale Ausgangsgröße. Schaut man sich die Weltkarte an, fällt auf, dass die Verfügbarkeit der Solarenergie in Äquatornähe am höchsten ist und sie nach Norden und Süden immer stärker abnimmt. So liegen die langjährigen Jahressummen in äquatornahen Ländern wie Kenia bei rund 2.400 kWh/m2*a, in Spanien bei rund 1.650 kWh/m2*a und in Großbritannien bei rund 900 kWh/m2*a.
Für Deutschland hat der Deutsche Wetterdienst (DWD) in den vergangenen Jahren eine steigende Strahlungsenergie ermittelt. Während die mittlere jährliche Globalstrahlung in den ersten Messjahren noch bei rund 1.000 kWh/m2 lag, erreicht sie im aktuellen 30-Jahres-Mittel der Referenzperiode 1991–2020 bereits rund 1.086 kWh/m2. Regional bewegt sich die Jahressumme im 30-Jahres-Mittel etwa zwischen rund 1.000 kWh/m2 in den strahlungsärmsten Regionen (Sauerland/Nordwest) und bis zu rund 1.260 kWh/m2 im Süden (Bodensee/Alpenvorland). 2022 war mit 1.227 kWh/m2 das sonnenreichste Jahr seit Messbeginn 1983 – 2025 folgte mit 1.187 kWh/m2 auf Platz vier (Quelle: DWD). Die Karte erklärt auch die Zahlen „von – bis“: Der untere Wert bezieht sich auf die strahlungsärmeren Regionen Norddeutschlands, der obere Wert auf den Süden der Republik. Mittlere Strahlungswerte verzeichnen die östlichen und zentralen Regionen sowie die Küsten. Fazit: Norddeutschland liegt bei der Globalstrahlung somit je nach Bezugswert rund 20 % unter südlichen Spitzenlagen; umgekehrt liegen südliche Spitzenlagen rund 26 % über norddeutschen Werten (rund 1.000 gegenüber rund 1.260 kWh/m2 im DWD-Mittel 1991–2020).
Langfristiger Aufwärtstrend: Deutschland wird sonniger
Der DWD verfolgt die Globalstrahlung systematisch seit 1983 und stellt einen klaren Aufwärtstrend fest. Lagen die mittleren Jahreswerte in den ersten Messjahren (1983–1990) noch bei etwa 1.014 kWh/m², erreichte die Dekade 2011 bis 2020 bereits ein Mittel von rund 1.114 kWh/m². Das 30-Jahresmittel der Referenzperiode 1991 bis 2020 liegt bei 1.086 kWh/m². Als Hauptursachen gelten verbesserte Luftqualität und veränderte Wolkenbedeckung – Wissenschaftler sprechen vom sogenannten „Brightening-Effekt“. Für die Planung einer PV-Anlage bedeutet das: Aktuelle Ertragsplanungen sollten auf neueren Strahlungsdaten basieren, da ältere Referenzwerte die realen Erträge tendenziell unterschätzen.
Was die Globalstrahlung für Ihre PV-Anlage bedeutet
Als Orientierung gilt für Deutschland: Eine gut ausgerichtete Photovoltaikanlage bringt im Jahr rund 900 bis 1.100 Kilowattstunden Stromertrag je installiertem Kilowatt Peak (kWp). Eine typische 10 kWp-Anlage liegt damit zwischen rund 9.000 kWh an einem durchschnittlichen norddeutschen Standort mit rund 1.000 kWh/m² Globalstrahlung und rund 11.000 kWh in Süddeutschland mit über 1.200 kWh/m². Zum Einordnen: Der durchschnittliche Jahresstromverbrauch eines Vier-Personen-Haushalts liegt bei etwa 4.000 kWh – beide Regionen decken diesen Bedarf also rechnerisch mehrfach. Für eine belastbare standortgenaue Prognose empfiehlt sich der Einsatz von Ertragsrechnern, die neben der Globalstrahlung auch Dachneigung, Ausrichtung und Verschattung berücksichtigen.
Globalstrahlung auf geneigte Flächen
Die Globalstrahlung auf eine geneigte Photovoltaikanlage unterscheidet sich i.d.R. von der bisher definierten Globalstrahlung auf eine horizontale Empfängerfläche. Einerseits enthalten die Module zusätzlich die vom Erdboden reflektierte Sonnenstrahlung, z. B. durch Wasserflächen oder eine Schneedecke. Andererseits ist der Beitrag der Diffusstrahlung auf geneigten Flächen geringer als auf horizontalen Flächen. Der Direktstrahlungsanteil hängt vom Einfallswinkel ab, welcher sich aus dem Sonnenstand und dem Neigungswinkel der Fläche ergibt. Dies ist für eine exakte Berechnung zu berücksichtigen.
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Häufige Fragen zur Globalstrahlung
Wie unterscheidet sich Globalstrahlung von Sonnenscheindauer?
Ab welcher Globalstrahlung lohnt sich eine Photovoltaikanlage?
Warum nimmt die Globalstrahlung in Deutschland seit Jahren zu?
Welche Datenquelle ist für die PV-Planung am verlässlichsten?
Spielt das Nord-Süd-Gefälle bei der Anlagenplanung eine Rolle?
Globalstrahlung auf einen Blick
Und so sieht die Realität beim Standortfaktor Globalstrahlung aus:
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