Sonnenstrahlung, oft auch als Sonnenquelle oder einfach als Sonnenlicht bezeichnet, ist ein allgemeiner Begriff für die von der Sonne emittierte elektromagnetische Strahlung. Sonnenstrahlung kann mit verschiedenen Technologien eingefangen und in nützliche Energieformen wie Wärme und Strom umgewandelt werden. Die technische Machbarkeit und der wirtschaftliche Betrieb dieser Technologien an einem bestimmten Standort ist jedoch von der verfügbaren Solarenergiequelle abhängig.

Grundlagen

Jeder Ort auf der Erde erhält mindestens einen Teil des Jahres Sonnenlicht. Die Menge an Sonnenstrahlung, die einen Punkt auf der Erdoberfläche erreicht, variiert je nach:

• Geografischer Standort
• Zeit
• Saison
• Lokale Landschaft
• Lokales Wetter

Da die Erde rund ist, trifft die Sonne in unterschiedlichen Winkeln auf ihre Oberfläche, die von 0° (direkt über dem Himmel) bis 90° (knapp über dem Horizont) reichen. Wenn die Sonnenstrahlen vertikal sind, erhält die Erdoberfläche alle mögliche Energie. Je schräger die Sonnenstrahlen sind, desto länger bewegen sie sich durch die Atmosphäre und werden stärker gestreut und zerstreut. Da die Erde rund ist, bekommen die kalten Polarregionen nie eine hohe Sonne, und aufgrund der geneigten Rotationsachse bekommen diese Regionen einen Teil des Jahres überhaupt keine Sonne.

Die Erde umkreist die Sonne auf einer elliptischen Umlaufbahn und ist einen Teil des Jahres näher an der Sonne. Wenn die Sonne näher an der Erde steht, erhält die Erdoberfläche etwas mehr Sonnenenergie. Die Erde ist näher an der Sonne, wenn auf der Südhalbkugel Sommer und auf der Nordhalbkugel Winter ist. Das Vorhandensein riesiger Ozeane mildert jedoch die wärmeren Sommer und kälteren Winter, die Sie aufgrund dieses Unterschieds auf der Südhalbkugel erwarten würden.

Die Neigung von 23,5° in der Rotationsachse der Erde ist ein wichtigerer Faktor bei der Bestimmung der Menge an Sonnenlicht, die an einem bestimmten Ort auf die Erde trifft. Das Kippen führt zu längeren Tagen auf der Nordhalbkugel von der Frühlings- (Frühlings-) Tagundnachtgleiche bis zur Herbst- (Herbst-) Tagundnachtgleiche und zu längeren Tagen auf der Südhalbkugel während der anderen 6 Monate. An den Tagundnachtgleichen, die jedes Jahr um den 23. März und den 22. September herum stattfinden, sind Tag und Nacht genau 12 Stunden lang.

Länder wie die Niederlande, die in den mittleren Breiten liegen, erhalten im Sommer mehr Sonnenenergie, nicht nur, weil die Tage länger sind, sondern auch, weil die Sonne fast am Himmel steht. Die Sonnenstrahlen sind während der kürzeren Tage der Wintermonate viel schräger. Die Niederlande erhalten im Juni fast dreimal mehr Solarenergie als im Dezember.

Die Rotation der Erde ist auch für stündliche Schwankungen des Sonnenlichts verantwortlich. Am frühen Morgen und am späten Nachmittag steht die Sonne tief am Himmel. Seine Strahlen dringen weiter durch die Atmosphäre als am Mittag, wenn die Sonne am höchsten steht. An einem klaren Tag erreicht der Großteil der Sonnenenergie gegen Mittag einen Sonnenkollektor.

Unterschied und direkte Sonneneinstrahlung

Beim Durchgang des Sonnenlichts durch die Atmosphäre wird ein Teil davon absorbiert, gestreut und reflektiert von:

• Luftmoleküle
• Wasserdampf
• Wolken
• Stoff
• Verunreinigungen
• Waldbrände

Dies wird als diffuse Sonnenstrahlung bezeichnet. Als direkte Sonnenstrahlung wird die Sonnenstrahlung bezeichnet, die ungestreut die Erdoberfläche erreicht. Die Summe aus diffuser und direkter Sonnenstrahlung wird als globale Sonnenstrahlung bezeichnet. Atmosphärische Bedingungen können die direkte Strahlung an klaren, trockenen Tagen um 10 % und an dichten, bewölkten Tagen um 100 % reduzieren.

Messung

Wissenschaftler messen die Menge an Sonnenlicht, die zu verschiedenen Jahreszeiten auf bestimmte Orte trifft. Dann schätzen sie die Menge an Sonnenlicht, die auf Regionen des gleichen Breitengrades mit ähnlichem Klima fällt. Messungen der Sonnenenergie werden normalerweise als Gesamtstrahlung auf einer horizontalen Fläche oder als Gesamtstrahlung auf einer der Sonne folgenden Fläche ausgedrückt.

Strahlungsdaten für elektrische Solaranlagen (Photovoltaik) werden häufig in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2) ausgedrückt. Direkte Schätzungen der Sonnenenergie können auch in Watt pro Quadratmeter (W/m2) ausgedrückt werden.

Strahlungsdaten für solare Warmwasserbereitung und Raumheizungssysteme werden normalerweise in britischen Wärmeeinheiten pro Quadratfuß (Btu/ft2) angegeben.

Verteilung

Die Solarenergiequelle in den Niederlanden reicht für Photovoltaikanlagen (PV) aus, da sie sowohl direktes als auch gestreutes Sonnenlicht nutzen. Andere Technologien können eingeschränkter sein. Die von einer Solartechnologie an einem bestimmten Ort erzeugte Strommenge hängt jedoch davon ab, wie viel Sonnenenergie dort ankommt.