Wie war das nochmal mit der Globalstrahlung?

Gerade ist mir diese Infografik untergekommen und beim Teilen auf Facebook gab es sogleich einen kleinen Aufschrei, dass diese 164 Watt/m2 ja wohl nicht stimmen können und viel zu wenig seien. Da ich mich zwar täglich mit Sonnenenergie beschäftige aber trotzdem nicht immer all diese Zahlen im Kopf habe, hab ich mir näher angeschaut was es mit der hier verwendeten Zahl (jeder verwendet andere Zahlen) auf sich haben könnte und wie man es noch besser erklären kann. Ich finde nämlich die Idee diese unglaubliche Zahl mit Tischlampen zu vergleichen gar nicht mal so schlecht!


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Also, was steht hier genau:

164 Watt: Menge an Sonnenenergie, die jeden Quadratmeter an der Erdoberfläche über die Periode eines 24h Tages erreicht. Stellen Sie sich eine 150 Watt Tischlampe auf jedem einzelnen Quadratmeter der Erde vor.

Die Kommentare dazu waren „Das klingt aber nicht viel“ oder, „Das kann so nicht stimmen“. Ich war dann auch kurz verunsichert aber habe das Rätsel nun gelöst. Da ich ohnehin schon lang mal über die unterschiedlichsten Aussagen zum Thema „Wie viel Power hat die Sonne wirklich“ was schreiben wollte ist das ein guter Anlass.

Die Krux mit Leistung und Arbeit

Was bedeuten diese 164/m² Watt nun? Was uns Nichttechniker sichtlich schwer fällt ist das Verständnis von Leistung und Arbeit. Wenn ich mich erinnere wie lang ich mein Hirn gemartert habe, bis ich das Konzept wirklich verstanden habe, dann weiß ich wie schwierig das zu verstehen ist. An dieser Stelle: Ja, liebe Techniker, wenn man diese Begriffe nicht mit der Muttermilch aufgesogen hat oder sich selbst dafür interessiert, weiß man das wirklich nicht. Ich versuche nun meine eigene Definition.

Leistung ist jener Wert der zu JEDEM Zeitpunkt von einer Energiequelle abgegeben wird. Hier wird immer Watt oder ein Vielfaches davon verwendet: kW, MW, GW. Man muss unterscheiden, ob mit dem Begriff die tatsächlich zur Verfügung gestellte Leistung gemeint ist oder die installierte oder maximal mögliche Leistung.

Arbeit ist immer mit einem Zeitraum verbunden. Meist Sekunden oder Stunden (Ws, kWh). Das klassische Beispiel lautet immer: Wenn eine 100 Watt Birne (Leistung=100 W) eine Stunde lang läuft, braucht sie 100 Wh. Achtung, den Begriff W/h oder kW/h gibt es hier nicht!

Solarkonstante vs. Durchschnittswert

Man darf also diese 164 Watt/m² nicht verwechseln mit den Zahlen, die man aus der Solarenergie immer wieder hört. Nachdem liegt die Globalstrahlung bei 1000-1200 kWh/m2/Jahr. Das Jahr macht hier den Unterschied. Wie kommt man nun auf diese Zahl?

Um das zu beantworten muss vorher noch die Solarkonstante erklärt werden, die oft mit dem oben genannten Mittelwert verwechselt wird. Diese ist 1367 Watt/m² und ist einfach gesagt ein weltweiter Durschnittswert für die Strahlung auf die Erdoberfläche bei Sonne und ohne den Einfluss der Athmospähre, also wolkenloser Himmel und senkrechter Einfallwinkel. Man könnte jetzt meinen, dass diese zwei Werte ja vollkommen unterschiedlich sind, obwohl sie dasselbe aussagen sollen. Das liegt daran, dass es sich beim ersten Wert um einen Wert handelt, bei dem auch Tag, Nacht und Wetter abgezogen wurden und beim zweiten eben den Idealfall bei voller Einstrahlung. In der Realität werden so in Mitteleuropa an einem Sommermittag 900W/m², bei trübem, wolkigen Wetter sinken die Werte auf bis unter 100 W/m²

1 m² reicht (theoretisch) für meinen Jahresbedarf

Will man nun von den 164W/m2 Jahren auf einen Jahreswert kommen, muss man folgendermaßen vorgehen. Nachdem die 164W/m2 ein Mittelwert aus der gesamten Jahresstrahlung ist und auch Tag/Nacht und schlechtes Wetter eingeplant sind, kann ich diesen Wert mit der Anzahl der Stunden eines Jahres multiplizieren (8760h) und komme auf die Energiemenge (Arbeit) die im Durchschnitt auf die Erde im Jahr aufprallt. Bei 8760 Stunden pro Jahr ergeben die 164 W/m2 ganze 1.436.640 Wh/m2/a oder 1.436 kWh/m2/a. Letzter Wert ist vielen vermutlich bekannt aus der Globalstrahlung bei PV-Anlagen. Könnte man die einfallende Sonne also zu 100% nutzen, bräuchte ich nur einen m2 um meinen Jahresbedarf an Strom zu decken (Genau 1.415 kWh). 20% Wirkungsgrad sind also gar nicht so schlimm wie gemeinhin behauptet. Die Sonne hat einfach unglaublich viel Power und nur 20% davon zu nutzen ist massig viel Energie.

Die Fläche Österreichs mit Tischlampen wären 80% des Weltenergiebedarf

Nun können wir nochmal beurteilen, ob diese 150 Watt Lämpchen auf jedem Quadratmeter nun viel oder wenig Energie sind. Diese bedeuten 1316kWh/m2/a (150W*8760h/1000). Bei einem Weltenergiebedarf von 140.168 Mrd.kWh pro Jahr (2010) wären das 106.500.000.000 Lampen oder 106.500 km2 Fläche. Zum Vergleich, die Fläche Österreichs beträgt 83.000 km2. Soviel zum Thema 150 W/m2 sei nicht viel ;-)

PS: Wir haben in Österreich übrigens ca. 120 Watt/m2 im Durchschnitt, das sind dann knapp über 1000 kWh/m2/a Globalstrahlung.
PPS: Viel Spaß beim Nachrechnen ;-)

 
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Cornelia Daniel

Cornelia Daniel

Cornelia Daniel ist österreichische Solarunternehmerin und passionierte Energiebloggerin. Nach dem Studium an der Wirtschaftsuniversität Wien widmete sie sich als eine der wenigen Wirtschaftsabsolventen bereits im Jahr 2008 dem Thema Solarenergie. 2011 gründete sie die Solarberatung Dachgold mit Fokus auf die Beratung von Unternehmen welche in Photovoltaik oder Solarthermie investieren möchten. Ihr Spezialgebiet ist die Wirtschaftlichkeit erneuerbarer Energieträger und in diesem Gebiet vor allem das Thema Gestehungskosten in all seinen Ausprägungen. 2014 initiierte sie gemeinsam mit dem Anlagenbauer 10hoch4 die Aktion Tausendundein Dach  mit dem Ziel 1001 Unternehmensdächer bis 2020 zu solarisieren. In diesem Zusammenhang hält sie laufend Vorträge über die Kosten und Wirtschaftlichkeit erneuerbarer Energien und warum kein Weg an einer unternehmenseigenen Photovoltaikanlage vorbeiführt.

3 Comments

  1. Nur ein ganz kleiner Fehler hat sich eingeschlichen.
    Wenn die 100 W Birne eine Stunde eingeschalten ist, dann verbraucht sie 100 Wh.

    Ansonsten herzlichen Dank für die spitzen Erklärung.

  2. Wenn eine 100 Watt Birne für 1 Stunde leuchtet, dann benötigt sie eine Energie von 100 Wh oder verrichtet eine Arbeit von 100 Wh. Aber nicht von 100 kWh – dazu müsste die Birne 1.000 Stunden leuchten (Kilowatt = 1.000 Watt).

    Wenn wir die Physik und ihre Einheiten bemühen, muss es korrekt bleiben.

    Schöne Grüße von einem (Bau-) Physiker.

  3. Dankeschön! Ich könnte ja jetzt behaupten das wäre Absicht gewesen um zu testen ob der Artikel aufmerksam gelesen wird ;-).

    Natürlich sind es 100 Wh!!! Vielen Dank für die Hinweise. Habe es bereits geändert. Wenn man ständig nur mit kWp zu tun hat, schleicht sich das k manchmal heimlich dazwischen.

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