Sonnige Aussichten? Die Globalstrahlung in Deutschland & was sie für deine PV-Anlage bedeutet
Wenn du planst, eine PV-Anlage zu installieren, hast du bestimmt schonmal von Globalstrahlung gehört. Aber was genau bedeutet dieser Begriff? Und wieso ist Globalstrahlung relevant für Photovoltaik? Was genau sich hinter der globalen Sonneneinstrahlung verbirgt und wieso es wichtig ist, dass du dich vor der Planung deiner Solaranlage mit dieser auseinandersetzt, erklären wir dir hier.
Das Wesentliche in Kürze
Definition: Die Globalstrahlung setzt sich aus Diffusstrahlung und Direktstrahlung zusammen und bezeichnet die gesamte Sonnenstrahlung, die auf die Erdoberfläche trifft.
Deutschland: In Deutschland variiert die Globalstrahlung je nach Region. Südliche Gebiete erhalten deutlich mehr globale Strahlung als nördliche Gebiete. Im Jahr 2023 erreichte die Globalstrahlung in Süddeutschland einen Höchstwert von 1280 kWh/m², während der Maximalwert in Norddeutschland bei 1180 kWh/m² lag.
Einflussfaktoren: Einflussfaktoren auf die Globalstrahlung sind Wetterbedingungen, Jahres- und Tageszeit, geografische Lage, der Sonnenstand und atmosphärische Bedingungen.
Photovoltaikanlagen: Photovoltaikanlagen wandeln die Globalstrahlung in Strom um, wobei der Ertrag direkt von der Intensität der Sonnenstrahlung abhängt.
Definition: Was ist Globalstrahlung überhaupt?
Die Globalstrahlung beschreibt die gesamte kurzwellige Sonnenstrahlung, die auf die Erdoberfläche trifft. Alternativ wird sie auch als globale Sonneneinstrahlung oder globale Strahlung bezeichnet. Diese Strahlung setzt sich aus der Direktstrahlung und der Diffusstrahlung zusammen. Wir erklären dir, wie du die beiden Begriffe unterscheiden kannst:
Direktstrahlung: Direkte Strahlung ist die Solarstrahlung, die ungehindert auf die Erdoberfläche trifft, ohne durch die Atmosphäre gestreut oder reflektiert zu werden. Sie ist besonders an wolkenlosen Tagen dominant und macht in sonnenreichen Regionen den Hauptanteil der Bestrahlungsstärke für Photovoltaikanlagen aus.
Diffusstrahlung: Diffuse Strahlung entsteht, wenn das Licht der Sonne in der Atmosphäre durch Moleküle oder Partikel gestreut wird. Dadurch trifft sie aus verschiedenen Richtungen auf die Erdoberfläche und ist schwächer als direkte Strahlung. An bewölkten Tagen oder bei hoher Luftverschmutzung steigt der Anteil der Diffusstrahlung deutlich an.
Die Globalstrahlung spielt eine entscheidende Rolle für Photovoltaik und die Energiegewinnung. Um herauszufinden, wie viel Globalstrahlung in einer Region zur Verfügung steht, werden konkrete Messwerte erstellt. Im nächsten Kapitel erfährst du, wie diese Messungen funktionieren und warum sie so entscheidend für die Planung deiner PV-Anlage sind.
Globalstrahlung messen
Die Globalstrahlung wird mit einem Gerät namens Pyranometer gemessen. Ein Pyranometer misst die auf eine horizontale Fläche treffende Sonnenstrahlung und erfasst sowohl die direkte Strahlung der Sonne als auch die diffuse Streuung von Strahlung, die durch Wolken, Staub oder andere Partikel in der Atmosphäre verursacht wird.
Messwerte, die mit einem Pyranometer ermittelt werden, werden kontinuierlich gesammelt, um langfristige Strahlungsdaten zu erstellen, die dann für verschiedene Zwecke genutzt werden können. Doch was hat das alles mit deiner PV-Anlage zu tun? Ganz einfach: Dank der Messwerte lassen sich Vorhersagen über den möglichen PV-Ertrag von Solaranlagen treffen. In Deutschland werden solche Messwerte an verschiedenen meteorologischen Stationen gesammelt, oft in Zusammenarbeit mit Institutionen wie dem Deutschen Wetterdienst.
Die beiden relevantesten Messwerte im Zusammenhang mit Globalstrahlung und Photovoltaik sind der Momentanwert und die Jahressumme.
Der Momentanwert und die Globalstrahlung – Aktuelle Energie auf einen Blick
Der Momentanwert gibt die aktuelle Leistung der Sonnenstrahlung an, die in diesem Moment auf eine Fläche wie die Erdoberfläche oder deine Solaranlage trifft. Er beschreibt also die Intensität der Strahlung zu einem bestimmten Zeitpunkt. Der Momentanwert wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen und variiert stark, je nach:
Tageszeit: Am Mittag, wenn die Sonne am höchsten steht, ist der Momentanwert in der Regel am höchsten.
Wetterbedingungen: Bei klarem Himmel ist die direkte Strahlung dominant, während bei Bewölkung der Momentanwert geringer ist, da nur diffuse Strahlung die Erdoberfläche erreicht.
Jahreszeit: Im Sommer sind die Momentanwerte in der Regel höher als im Winter, da die Sonne länger und intensiver scheint.
Beispiel: Wenn um 12 Uhr mittags an einem sonnigen Tag ein Momentanwert von 280 W/m² gemessen wird, bedeutet das, dass die Sonnenstrahlung zu diesem Zeitpunkt mit einer Leistung von 280 Watt pro Quadratmeter auf deine Solaranlage trifft.
Was bedeuten diese Zahlen konkret für deine Planung einer PV-Anlage?
Die Jahressumme ist die Gesamtmenge der Sonnenstrahlung, die im Verlauf eines Jahres auf eine bestimmte Fläche einfällt. Dieser Mittelwert wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) angegeben und zeigt an, wie viel Energie über das Jahr hinweg auf eine Fläche trifft. Um die Jahressumme zu berechnen, werden die Momentanwerte kontinuierlich gemessen und über das Jahr hinweg aufsummiert. Die Jahressumme zeigt also, wie viel nutzbare Sonnenenergie deine Photovoltaikanlage an deinem Standort pro Jahr empfangen kann.
Beispiel: Wenn für deinen Standort eine Jahressumme von 1200 kWh/m² angegeben wird, bedeutet das, dass dir über das gesamte Jahr hinweg insgesamt 1200 Kilowattstunden Sonnenenergie pro Quadratmeter zur Verfügung stehen.
So kannst du die Globalstrahlung für deine Region berechnen
Um den Ertrag deiner Photovoltaikanlage genau einschätzen zu können, ist es wichtig, die globale Sonneneinstrahlung zu kennen. Sie gibt dir einen klaren Hinweis darauf, wie viel Energie deine Anlage in einem bestimmten Zeitraum erzeugen kann.
Um die globale Sonneneinstrahlung zu berechnen, addieren wir die Direktstrahlung und die Diffusstrahlung. Diese beiden Werte kannst du online für deine Region bzw. dein Bundesland recherchieren, z. B. auf der Website des Deutschen Wetterdienstes. Nehmen wir beispielsweise an, in einem Sommermonat wie Juni beträgt die Direktstrahlung 200 W/m² und die Diffusstrahlung 80 W/m², weil nur leichte Bewölkungen herrschen. Um die globale Strahlung zu berechnen, addieren wir beide Komponenten.
Globalstrahlung = direkte Strahlung + diffuse Strahlung
Globalstrahlung = 200 W/m² + 80 W/m² = 280 W/m²
Dieser Wert von 280 W/m² gibt die gesamte Bestrahlungsstärke an, die auf eine horizontale Fläche trifft. Er zeigt die verfügbare Energie pro Quadratmeter an, die du für deine Stromerzeugung durch eine Photovoltaikanlage nutzen kannst. Nehmen wir diesen Wert als durchschnittlichen Mittelwert für den Monat Juni an, lässt sich die Energie in Kilowattstunden (kWh) berechnen.
Gesamtstunden im Juni = 30 Tage x 24 Stunden = 720 Stunden
Um die Energie in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) zu berechnen, multiplizieren wir die Leistung in Watt pro Quadratmeter (W/m²) mit der Gesamtzeit in Stunden und wandeln das Ergebnis in Kilowatt um, indem wir es durch 1000 teilen.
(280 W/m² × 720 Stunden) / 1000 = 201,6 kWh/m²
Für den Monat Juni erhalten wir also einen Messwert der Globalstrahlung von 201,6 kWh/m². Soweit zur Theorie – aber was bedeutet die Globalstrahlung konkret für die Planung deiner Photovoltaikanlage? Ganz einfach:
Energieertrag berechnen: Die Globalstrahlung in kWh/m² gibt an, wie viel Solarstrahlung pro Quadratmeter im Laufe eines bestimmten Zeitraums, z. B. einem Monat, auf deine Anlage trifft. Kennst du also den Messwert der Globalstrahlung für deinen Standort, kannst du den zu erwartenden Energieertrag besser einschätzen. Solaranlagen wandeln das Licht der Sonne in elektrische Energie um, wobei die Menge der erzeugten Energie proportional zur einfallenden Strahlung ist. Heißt: Je intensiver die Globalstrahlung, desto höher dein PV-Ertrag.
Dimensionierung der Anlage: Um deine Solaranlage optimal auszulegen, sollte dir der potenzielle Ertrag bekannt sein. Regionen mit hoher Globalstrahlung, also einem hohen Wert in kWh/m², eignen sich besonders für PV-Anlagen. Bei niedrigeren Werten müssen eventuell Anpassungen getroffen werden. Welche Anpassungen hier in Frage kommen, schauen wir uns im Abschnitt „Die Globalstrahlung für deine Photovoltaikanlage optimal nutzen“ genau an.
Diese Einflussfaktoren sind entscheidend für die Globalstrahlung & deine PV-Anlage
Die Menge an Globalstrahlung, die auf eine bestimmte Region trifft, wird durch mehrere Faktoren beeinflusst. Dazu zählen:
Bewölkung
Sonnenstand
Geografischer Breitengrad
Jahreszeit & Reflexionen
Beschaffenheit der Atmosphäre
Schauen wir uns diese Faktoren nun genauer an.
Die Bewölkung hat einen großen Einfluss auf die Globalstrahlung, da sie die direkte Sonnenstrahlung blockiert und nur diffuse Strahlung durchlässt. An Tagen mit Bewölkung nimmt die direkte Strahlung dementsprechend stark ab, während die diffuse Strahlung zunimmt. Dichte Wolken verringern insgesamt die Menge an Globalstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht.
Der Sonnenstand, also der Winkel der Sonne über dem Horizont, beeinflusst die Intensität der Globalstrahlung. Je höher die Sonne am Himmel steht, desto intensiver ist die Strahlung, da sie einen kürzeren Weg durch die Atmosphäre hat. Es kommt zu weniger Streuung und Absorption. Ein niedriger Sonnenstand verringert hingegen die Intensität der Solarstrahlung.
Übertragen wir diese Regel auf die Tageszeit, heißt das, dass deine PV-Anlage zur Mittagszeit, wenn die Sonne am höchsten steht und die Strahlungsintensität am stärksten ist, am meisten Ertrag bringt. In den Morgen- und Abendstunden, wenn der Sonnenstand niedriger ist und das Licht der Sonne in einem flacheren Winkel auf die Erdoberfläche trifft, ist die Strahlungsintensität deutlich geringer.
Der geografische Breitengrad bestimmt, wie viel Sonnenstrahlung eine Region im Jahresdurchschnitt erhält. Regionen, die näher am Äquator liegen, erhalten im Allgemeinen mehr Globalstrahlung, da dort die Sonne im Laufe des Jahres höher am Himmel steht und die Tage – und somit die Sonnenscheindauer – länger sind. In höheren Breiten, zum Beispiel in Nordeuropa, ist die Globalstrahlung geringer, da die Sonne tiefer steht und die Tage im Winter sehr kurz sind.
Die Jahreszeit beeinflusst die Sonnenscheindauer und den Sonnenstand. Im Sommer ist die Sonnenscheindauer länger und der Sonnenstand höher, was zu einer stärkeren Globalstrahlung führt. Im Winter sind die Tage kürzer und die Sonne steht niedriger, wodurch weniger Strahlung auf die Erdoberfläche trifft. Besonders in nördlichen Breitengraden kann die Globalstrahlung, bedingt durch die Sonnenscheindauer und den Sonnenstand, im Winter sehr gering sein.
Dabei spielen auch Reflexionen von der Erdoberfläche, etwa von Schnee, eine wichtige Rolle. Sie verändern die Verteilung der Strahlung. Oberflächen mit hohem Reflexionsvermögen, wie Schnee, können mehr Strahlung in die Atmosphäre zurückreflektieren, während dunkle Oberflächen, zum Beispiel Wälder oder Asphalt, mehr Strahlung absorbieren und weniger reflektieren.
Die Beschaffenheit der Atmosphäre spielt eine entscheidende Rolle bei der Globalstrahlung. Faktoren wie Aerosole, Luftfeuchtigkeit und Schadstoffe, wie zum Beispiel Smog, streuen und absorbieren Sonnenstrahlung, was die Menge der auf die Erdoberfläche treffenden Strahlung verringert. Zudem hat die Dicke der Ozonschicht einen Einfluss, da sie einen Teil der UV-Strahlung blockiert. Bei einer sauberen Atmosphäre ohne viele Partikel oder Schadstoffe ist die Globalstrahlung höher.
Gut zu wissen: 1KOMMA5° kooperiert mit regionalen Meisterbetrieben an über 70 Standorten. Das bedeutet, dass du einen direkten Ansprechpartner vor Ort hast, der die Gegebenheiten deiner Region, einschließlich der lokalen Globalstrahlung und Witterungsbedingungen, genau kennt. Diese regionalen Besonderheiten werden bei der Planung deiner PV-Anlage berücksichtigt, um den optimalen Ertrag zu gewährleisten.
Deutschland: Wie hoch fällt die Globalstrahlung in deiner Region aus?
Deutschland bietet vielfältige klimatische Bedingungen, die die Globalstrahlung regional beeinflussen. Wie wir festgestellt haben, spielt die Globalstrahlung eine entscheidende Rolle für den PV-Ertrag. Es ist also sinnvoll, diese regionalen Unterschiede zu kennen, da sie direkte Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit deiner PV-Anlage haben.
Globalstrahlung in Deutschland im Jahr 2023
Die folgende Karte zeigt die Globalstrahlung in Deutschland, wobei die Farbskala die Jahressummen der Globalstrahlung veranschaulicht. Im Jahr 2023 wurde in Deutschland eine mittlere Jahressumme der Globalstrahlung von 1.144 kWh/m2 erreicht.
Wie du siehst, sind die Unterschiede zwischen Nord- und Süddeutschland erheblich:
Süddeutschland weist die höchsten Messwerte auf, mit Jahressummen zwischen 1201 und 1280 kWh/m². In einigen Bereichen an den Alpenrändern sind die Werte sogar noch höher.
Zentral- und Westdeutschland zeigt moderat hohe Messwerte im Bereich von 1021 bis 1140 kWh/m².
Norddeutschland weist niedrigere Solarstrahlung auf, sie liegt zwischen 1081 und 1180 kWh/m².
Während Zentral- und Westdeutschland gute Voraussetzungen für Photovoltaik bieten, deuten die Messwerte aus Süddeutschland auf die besten Bedingungen für Photovoltaikanlagen hin. Der potenzielle PV-Ertrag durch Globalstrahlung ist in diesen Regionen deutlich höher als in Norddeutschland. Dennoch ist auch in Norddeutschland der Einsatz von Solaranlagen sinnvoll, wenn die Ausrichtung und Dimensionierung der Anlage entsprechend optimiert werden. Betrachten wir die Globalstrahlung in Deutschland für die einzelnen Monate des Jahres 2023, wird deutlich, dass sich die Bestrahlungsstärke wandelt und dementsprechend auch für Regionen, in denen die Globalstrahlung aktuell noch vergleichsweise niedrig ausfällt, attraktiver wird.
Globalstrahlung in Deutschland für die Monate des Jahres 2023
Wir haben bereits festgehalten, dass die Jahreszeiten großen Einfluss auf die Globalstrahlung und somit auch auf den PV-Ertrag haben. Veranschaulichen wir uns die Bedeutung, die die Globalstrahlung für die einzelnen Monate in Deutschland hat, mithilfe einer Tabelle:
| Monat | Durchschnittlicher Momentanwert im jeweiligen Monat (W/m²) | Gesamtwert (Mittelwert in kWh/m²) |
|---|---|---|
| Januar | 25,54 | 19 |
| Februar | 63,99 | 43 |
| März | 96,77 | 72 |
| April | 155,56 | 112 |
| Mai | 233,87 | 174 |
| Juni | 276,39 | 199 |
| Juli | 224,46 | 167 |
| August | 180,11 | 134 |
| September | 172,22 | 124 |
| Oktober | 76,61 | 57 |
| November | 34,72 | 25 |
| Dezember | 21,51 | 16 |
Die Tabelle zeigt, dass die Globalstrahlung in Deutschland im Jahr 2023 zwischen Mai und September ihren Höhepunkt erreichte. In diesen Monaten konnten Photovoltaikanlagen den höchsten Ertrag erzielen, da die Sonnenstrahlung besonders intensiv war. Interessanterweise waren nicht nur die Sommermonate Juni, Juli und August ertragreich, sondern auch der Mai und September boten optimale Bedingungen für Solaranlagen. So war laut Deutschem Wetterdienst der September 2023 der wärmste September seit Beginn der systematischen Wetteraufzeichnungen im Jahr 1881, während der Mai durch extreme Trockenheit geprägt war.
Diese Entwicklungen verdeutlichen, dass sich die Wetterbedingungen in Deutschland immer mehr wandeln. Im nächsten Kapitel werfen wir einen Blick auf die Entwicklung der Globalstrahlung in Deutschland von 1983 bis 2023. Hier zeigt sich, dass die Globalstrahlung insgesamt stetig zunimmt, was Photovoltaikanlagen zugutekommt.
Entwicklung der Globalstrahlung von 1983 bis 2023 in Deutschland: Immer mehr Sonne für deine Solaranlage
In den letzten vier Jahrzehnten hat sich die Globalstrahlung in Deutschland stetig erhöht, was zunehmend günstigere Bedingungen für Photovoltaikanlagen geschaffen hat. Zwischen 1983 und 2023 zeigt sich ein klarer Trend: Die jährliche Solarstrahlung nimmt zu und damit auch das Potenzial für Solarstromerzeugung. Diese Entwicklung ist vor allem auf die Veränderungen im Klima zurückzuführen, die zu längeren und intensiveren Sonnenperioden führen. Mit steigenden Messwerten der Globalstrahlung können Photovoltaikanlagen heute deutlich mehr Ertrag erwirtschaften als noch vor wenigen Jahrzehnten, wodurch sich die Investition in Photovoltaik in allen Regionen Deutschlands immer mehr lohnt. Zudem leistet die Nutzung von Sonnenstrahlung einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz, da sie fossile Energien ersetzt und so den CO₂-Ausstoß senkt. Jede neue PV-Anlage trägt also dazu bei, die Folgen des Klimawandels langfristig zu mindern.
Die Globalstrahlung für deine Photovoltaikanlage optimal nutzen
Bei der Planung deiner PV-Anlage spielt die Globalstrahlung eine zentrale Rolle. Hier sind einige wichtige Punkte, die du berücksichtigen solltest, um das Beste aus der Globalstrahlung herauszuholen:
Hochwertige Solarmodule: Effiziente Nutzung der Globalstrahlung
Die Wahl der richtigen Solarmodule ist entscheidend für die Ertragsmaximierung, da hochwertige Module besser in der Lage sind, das volle Spektrum der Globalstrahlung zu nutzen. Hochleistungsmodule, wie die Full-Black Module von 1KOMMA5°, sind speziell darauf ausgelegt, auch unter wechselhaften Wetterbedingungen hohe Erträge zu liefern.
Regelmäßige Wartung: Optimale Nutzung der Globalstrahlung sicherstellen
Damit deine PV-Anlage die verfügbare Globalstrahlung vollständig nutzt, ist die regelmäßige Wartung unerlässlich. Verschmutzungen auf den Solarmodulen können die Leistung deiner Anlage beeinträchtigen. Durch eine gründliche Reinigung sorgst du dafür, dass deine Anlage das Sonnenlicht optimal in Energie umwandeln kann.
Speichersysteme integrieren: Die Globalstrahlung intelligent nutzen
Durch den Einsatz von Speichersystemen kannst du die Globalstrahlung bestmöglich nutzen, selbst wenn die Strahlungsbedingungen nicht ideal sind. An Tagen mit intensiver Sonneneinstrahlung kann überschüssige Energie gespeichert und später verwendet werden, wenn die Strahlung geringer ist, beispielsweise an Tagen mit Bewölkung. Dies erhöht nicht nur den Eigenverbrauch, sondern verbessert auch die Effizienz deiner PV-Anlage insgesamt.
Intelligente Energiemanagementsysteme: Maximale Ertragssteuerung bei jeder Bestrahlungsstärke
Eine intelligente Energie-Software-Plattform wie Heartbeat AI von 1KOMMA5° hilft dir, deinen Energieverbrauch effizient an die verfügbare Globalstrahlung anzupassen. Ob bei direkter oder diffuser Strahlung – die Software optimiert die Nutzung deiner erzeugten Energie und passt den Verbrauch an die jeweiligen Wetterbedingungen an. So kannst du sicherstellen, dass deine Anlage immer mit maximaler Effizienz arbeitet, unabhängig von den Strahlungsbedingungen.
Fazit: Die Sonne als Partner – Was die Globalstrahlung für dich bedeutet
Die Globalstrahlung ist der zentrale Faktor für die Effizienz und den Ertrag deiner Photovoltaikanlage. Sie bestimmt, wie viel Sonnenenergie auf deine Module trifft und somit in Strom umgewandelt werden kann. Gerade in einem Land wie Deutschland, wo das Wetter wechselhaft ist, ist das Wissen um die Globalstrahlung entscheidend für die Planung und den Betrieb deiner PV-Anlage.
Die Entwicklung der letzten Jahrzehnte zeigt, dass die Globalstrahlung in Deutschland zunehmend höher wird. Wärmere und sonnenreichere Sommermonate sowie eine steigende Sonnenscheindauer bieten immer bessere Bedingungen für Photovoltaikanlagen. Dieser Anstieg der Globalstrahlung macht den PV-Ertrag deutlich effizienter – was vor einigen Jahrzehnten nur in besonders sonnenreichen Regionen rentabel war, wird heute in allen Teilen des Landes immer attraktiver.
Für dich bedeutet das: Die Voraussetzungen für eine Photovoltaikanlage werden zunehmend besser – nicht nur aufgrund technologischer Fortschritte, sondern auch aufgrund der steigenden Verfügbarkeit der Sonnenstrahlung. Egal, ob du in einer besonders sonnenverwöhnten Region Deutschlands oder in einer eher bewölkten Gegend lebst: Mit dem Wissen um die Globalstrahlung und den richtigen Planungsansätzen kann deine Anlage auch in weniger idealen Bedingungen einen nennenswerten Ertrag liefern.
1KOMMA5° – Dein Partner für optimale Nutzung der Globalstrahlung
1KOMMA5° unterstützt dich umfassend bei der Planung und Installation deiner Photovoltaikanlage, damit du die Globalstrahlung in all ihren Formen bestmöglich nutzen kannst.
Mit über 70 Standorten in Deutschland stehen dir regionale Experten zur Seite, die deine Anlage so optimieren, dass sie unter allen Wetterbedingungen hohe Erträge liefert.
Dank der 1KOMMA5° Energie-Software-Plattform Heartbeat AI behältst du die Kontrolle über deinen Energieverbrauch – egal, ob die Sonne scheint oder sich Wolken am Himmel sammeln.