Messung
In der Meteorologie wird zwischen der Messung der direkten Sonnenstrahlung mittels eines dem Sonnenlauf nachgeführten Meßgerätes (Pyrheliometer) und der Messung der Globalstrahlung mit einem feststehenden Meßgerät (Pyranometer) unterschieden.
Die Wetterstation Wöllsdorf verfügt über einen feststehenden Strahlungssensor. Dementsprechend mißt er neben der direkten Sonnenstrahlung auch das diffuse Licht vom Himmel. Der Sensor nimmt alle Farben von violett über blau, grün, gelb, orange, rot bis in den Beginn des infraroten Bereichs (Wellenlänge von 400 bis 1100 nm) auf. Im Gegensatz zu den Meßgeräten der Wetterdienste, die die Erwärmung einer geschwärzten Thermosäule bestimmen, basiert dieser Sensor auf einer Photodiode. Die Werte beziehen sich auf eine ebene Fläche.
Sonnenstrahlung
Die Stärke der Sonnenstrahlung, die an einem Punkt auf der Erde eintrifft und vom Menschen als Helligkeit wahrgenommen wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter dem Sonnenstand (der von Tageszeit und Jahreszeit abhängt), der Bewölkung und in der Luft enthaltenen Partikeln.
Der Mensch nimmt die Helligkeitsunterschiede viel weniger wahr, als es die Meßeinrichtung vermag. Den Tag über ist es einfach "hell". Tatsächlich nimmt die Helligkeit bis Mittag stetig zu und danach sofort wieder ebenso stetig ab.
Geht man von einem klaren, sonnigen Tag aus, dann läßt sich die zu einem Zeitpunkt maximal mögliche Sonnenstrahlung berechnen. Die blaßgelbe Fläche im untenstehenden Diagramm zeigt den jeweils möglichen Maximalwert (mittags) an. Im Januar, wo die Sonne am tiefsten steht, ist auch die maximal mögliche Strahlung gering. Sie nimmt dann im Laufe des Frühjahrs zu und erreicht im Sommer ihren Höchstwert. Danach nimmt sie wieder ab.
Die blaue Kurve zeigt den am jeweiligen Tag tatsächlich erreichten Höchstwert an. Man sollte meinen, daß dieser Wert nicht höher sein kann als der berechnete Maximalwert. Das Diagramm zeigt aber etwas anderes. Das wird darauf zurückgeführt, daß Wolkengrenzen wie optische Linsen wirken und das Licht bündeln können. Auf die kleine Meßfläche kann dann mehr Licht treffen als auf direktem Wege von der Sonne kommt.
Sonnenenergie
Von der Sonnenstrahlung (gemessen in W/m²) zu unterscheiden ist die Sonnenenergie (gemessen in kWh/m²). Das ist die Menge an Strahlung, die über einen gewissen Zeitraum (hier einen Tag) an der Meßstelle eintrifft.
Die täglich eintreffende Sonnenenergie ist stark von der Jahreszeit abhängig. Im Winter geht die Sonne später auf und früher unter, und sie erreicht eine geringere Höhe. Im Sommer dagegen ist der helle Teil des Tages deutlich länger, und die Sonne steht viel höher am Himmel. Im Süden Deutschlands werden höhere Werte erreicht als im Norden.
Auch die Bewölkung hat einen starken Einfluß. An sonnigen Tagen werden um ein Vielfaches höhere Werte erreicht, als wenn es bewölkt ist oder gar regnet.
Die maximal mögliche tägliche Sonnenenergie wird durch Integration der berechneten maximal möglichen Sonnenstrahlung über den Tag bestimmt.
Die blaue Kurve zeigt wieder die tatsächlich erreichten Werte.
Solaranlagen
Durch die Förderung in der Vergangenheit und immer stärkere Umweltauflagen sind Solaranlagen (Photovoltaikanlagen) immer weiter verbreitet. Sie wandeln einen Teil der auf den Solarzellen eintreffenden Sonnenenergie in elektrische Energie (landläufig: Strom) um.
Die verfügbare Sonnenenergie bestimmt den möglichen Ertrag einer Solaranlage. Er ist stark vom örtlichen Klima abhängig. Von der Sonnenenergie, wie sie die Meßwerte zeigen, können heutige Solarzellen um die 20% in elektrische Energie umwandeln. Bei der Berechnung der Anlage werden die typischen Bedingungen am Aufstellungsort zugrundegelegt. Entsprechende Werte werden vom Deutschen Wetterdienst (DWD) bereitgestellt.
Die Solarzellen werden nach Möglichkeit in Richtung Sonne angestellt. Dadurch erreicht sie die Sonnenstrahlung in einer höheren Dichte als auf einer ebenen Fläche.
Die Wetterstation Wöllsdorf wird von einer Solaranlage der Firma Wagner Solartechnik, Döbeln, ausgestattet mit einem Umrichter und Batteriespeicher der Marke E3/DC, versorgt. Aktuelle Daten der Leistung und des Ertrages finden Sie hier.
Heizen mit Solarstrom?
Die negative Nachricht kommt gleich zu Beginn: Im Winter, während der Heizperiode, ist der Ertrag der Solaranlage so niedrig, daß man davon kaum den Strombedarf decken kann. Überschüsse für andere Zwecke bleiben da nicht. Aber im Sommer kann es durchaus für Warmwasser und für Heizung an kühlen Abenden reichen.
Im Vergleich zu anderen Energieträgern wie Feuerholz, Gas oder Heizöl schneidet Strom – egal ob vom Energieversorger oder aus der eigenen Solaranlage – preislich eher schlecht ab. Warum sollte man also damit heizen? Die Frage beantwortet sich daraus, was man mit diesem Ertrag sonst machen könnte. Wenn kein weiterer Bedarf im Haus anliegt, der Akku voll und das Auto (so vorhanden) geladen ist, bleibt nur die Einspeisung nach EEG. Nur bei älteren Anlagen erreicht man da Vergütungen, die höher als die Kosten für andere Energieträger sind.
Die folgende Tabelle zeigt beispielhaft die Kosten für verschiedene Energieträger (Tarife für private Verbraucher):
| Energieträger | Preis je kWh | Heizwert | übliche Preisangabe | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Strom aus der eigenen Anlage | 0,1500 €/kWh | - | - | kleine Anlage |
| Strom vom Energieversorger | 0,4090 €/kWh | - | 40,90 ct/kWh + 72,80 €/a | Stadtwerke Döbeln, Grundversorgung 2023 |
| Holzbriketts | 0,0778 €/kWh | ≈5 kWh/kg | 3,89 €/10kg *) | Naturbrennstoffe Kretschmann, Hainichen |
| Braunkohlenbriketts | 0,2000 €/kWh | ≈5 kWh/kg | 24,99 €/25kg | RECORD-Briketts |
| Heizöl | 0,0903 €/kWh | 11,8 kWh/kg | 90 €/100l mit 0,845 kg/l | derzeit extrem schwankend |
| Erdgas | 0,1737 €/kWh | 11,3 kWh/kg | 17,37 ct/kWh + 71,53 €/a | Stadtwerke Döbeln, Grundversorgung 2023 |
Alle Preise inklusive Umsatzsteuer. Angaben ohne Gewähr.
*) Im Jahr 2021 kosteten solche Holzbriketts noch 2,50 €/10kg. Das ergab 0,0500 €/kWh.
Verweise
- aktuelle Meßwerte dieses Jahres
- Spezifikation des Strahlungssensors Davis 6450
- Sonnenverlauf (sehr schön aufgemachte Seite über die Sonne, wie sie sich am Himmel bewegt und wie die Erde von ihr beschienen wird)
- Wikipedia: Sonnenstrahlung
- Wikipedia: Sonnenenergie
- DWD: Strahlung - Solarenergie
- weewx-GTS (Softwareerweiterung für WeeWX zur Bestimmung der Sonnenenergie aus der gemessenen Solarstrahlung)
- Ertragserwartung von Solaranlagen