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Diffuse Strahlung: Auswirkungen auf den Ertrag

Kaum ein Thema scheint für so viel Verwirrung zu sorgen, wie der diffuse Strahlungsanteil im Sonnenlicht und seine Nutzung durch Solarthermie Anlagen. Ganz unwichtig ist das Thema nicht, denn rund die Hälfte der Sonnenenergie, die während eines Jahres auf den Solarkollektor trifft, erreicht ihn in Form diffuser Strahlung. Diese entsteht durch Streuung des Sonnenlichts, also die Ablenkung von Licht an Molekülen in der Atmosphäre. Auch die Reflektion des Lichts an der Erdoberfläche trägt dazu bei. Dass es solche Lichtanteile immer gibt, ist offensichtlich. Ansonsten wäre es an einem hellen Sommertag im Schatten so dunkel wie in der Nacht.

Globalstrahlung

Wenn Licht auf den Absorber trifft, der die Röhren eines Sonnenkollektors umgibt, spielt es keine Rolle, aus welcher Richtung es kommt. Insofern unterscheidet der Kollektor nicht zwischen diffuser und gerichteter Strahlung. Beide zusammen bilden die so genannte Globalstrahlung, und für die Leistung eines Kollektors ist ausschließlich maßgeblich, wie viel von dieser Globalstrahlung auf die Röhren trifft, in denen die Solarflüssigkeit erwärmt wird. Dieser Anteil ist bei diffuser Strahlung ein wenig geringer, aber dieser Effekt ist von untergeordneter Bedeutung.

Weniger Leistung bei bewölktem Himmel

Manchmal ist es tatsächlich so einfach, wie es scheint! Durch eine starke Bewölkung wird die eingestrahlte Leistung drastisch reduziert. Im Sommer beträgt in Deutschland die Strahlungsleistung der Sonne an einem klaren Tag etwa 1.000 Watt pro Quadratmeter, an einem stark bewölkten Tag im Durchschnitt 200 Watt. Im Winter lauten die entsprechenden Werte 500 Watt und 100 Watt, also ergibt sich auch hier ein Verhältnis von fünf zu eins. Das ist der wesentliche Grund dafür, dass die Leistung einer Solarthermie Anlage an wolkigen Tagen deutlich niedriger ist. Richtig – aber deutlich weniger wichtig - ist, dass die Strahlung an wolkigen Tagen diffus ist. (Auch das ist offensichtlich, denn bei bewölktem Himmel werfen Gegenstände keinen Schatten.)

Verluste durch Reflektion

Ein wenig leidet der Energieertrag eines Solarkollektors allerdings doch unter diffuser Strahlung. Das Licht fällt aus allen Richtungen in etwa gleicher Intensität ein, also auch aus flachem Winkel. Unter diesen Bedingungen ist der Anteil reflektierten Lichts deutlich höher als bei senkrechtem Einfall. Reflektionen treten sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Glasabdeckung auf, auch der Absorber reflektiert einen kleinen Teil des einfallenden Lichts. All das reduziert den Wirkungsgrad des Kollektors. Teilweise werden die höheren optischen Verluste durch geringere thermische Verluste kompensiert, da der Kollektor an wolkigen Tagen weniger heiß wird.

Bildquelle: DWD

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