Sonneneinstrahlung und Sonneneinstrahlung

Was ist Sonneneinstrahlung, und was bedeutet es im Umgang mit Solar-Photovoltaik-Anlagen. Es gibt viele verschiedene Wörter und Bedeutungen wie Sonnenstrahlung (elektromagnetisch), Sonneneinstrahlung (für Strom), Sonneneinstrahlung (für Energie) sowie Sonneneinstrahlung, um die Menge an Sonnenlicht zu beschreiben, die an einem bestimmten Ort verfügbar ist. p>

Wir können die Sonnenenergie nutzen, um Strom zu erzeugen, indem wir Photovoltaikmodule verwenden, oder sie verwenden, um Wasser mit Hilfe von Solarthermiemodulen zu erhitzen, daher ist eine gute Versorgung mit Sonnenstrahlung an unserem speziellen Standort wichtig.< /p>

Unsere Sonne ist sowohl eine Wärmequelle als auch eine Lichtquelle, die uns die Wärme und das Sonnenlicht gibt, die wir zum Überleben brauchen. Die Sonne ist eine ausgezeichnete Energiequelle und wir können sie auf so viele verschiedene Arten nutzen, aber woher wissen wir, ob es genug Strahlungsenergie gibt, damit ein Solar-Photovoltaik-(PV)-Panel Strom erzeugen kann.

Unsere Sonne ist eine hervorragende Quelle für Strahlungsenergie. Die Menge an Sonnenenergie pro Flächeneinheit, die in einem bestimmten Winkel auf eine Oberfläche trifft, wird als Bestrahlungsstärke bezeichnet, die in Watt pro Quadratmeter, W/m2 oder Kilowatt pro Quadratmeter gemessen wird. kW/m2, wobei 1000 Watt 1,0 Kilowatt entsprechen.

Die zwischen der Erde und der Sonne gemessene direkte Entfernung variiert jedoch jährlich, wodurch Schwankungen in der Menge an Sonneneinstrahlungsenergie verursacht werden, die während der natürlichen zyklischen Rotation der Erde über einen Zeitraum von einem ganzen Jahr empfangen wird.

Laut NASA, der am Rande des Weltraums und außerhalb der Erdatmosphäre auf einer senkrecht zur Sonne stehenden ebenen Fläche gemessene durchschnittliche Bestrahlungsstärkewert beträgt etwa 1.370 Watt pro m2 (das sind 1,37 Kilowatt). Dieser von der NASA angegebene Einstrahlungswert wird als Solarkonstante bezeichnet und wird verwendet, um die Sonnenwerte auf der Erdoberfläche zu bestimmen.

Aber die über der Erdoberfläche gemessenen Werte der Bestrahlungsstärke sind viel niedriger als die Sonnenkonstante. Die Streuung und Reflexion des Sonnenlichts beim Durchgang durch die Atmosphäre verringert die Energiemenge, die aufgrund der dort herrschenden klimatischen Bedingungen die Erdoberfläche erreicht.

Strahlung durch die Atmosphäre

Zum Beispiel jährliche Bedingungen wie Jahreszeit, Jahreszeiten- und Temperaturschwankungen, Bewölkung oder Bewölkung sowie der Winkel, in dem die Sonnenstrahlen einfallen auf den Boden treffen, beeinflussen alle die Menge an Sonneneinstrahlung, die an einem bestimmten Ort verfügbar ist.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Sonnenstrahlen unsere Atmosphäre durchdringen und die Erdoberfläche auf Meereshöhe erreichen, wird die maximale Sonneneinstrahlung auf einer 1 m² großen ebenen Fläche in Bodennähe gemessen. An einem äquatorialen Ort an einem klaren Tag um die Mittagszeit beträgt die gemessene Sonneneinstrahlung daher etwa 1000 Watt, dh 1000 W/m2 (oder 1,0 kW/m2).

Wenn es um Photovoltaik-Solarmodule geht, die ausschließlich zur Erzeugung von Solarenergie dienen, wird eine Sonneneinstrahlung von 1,0 kW/m2 als „volle Sonne“ oder allgemein als „Spitzensonne“ bezeichnet. Die Definition von “Spitzensonnenstunden” (PSH) ist daher die Anzahl der Stunden, in denen diese Sonneneinstrahlung bei voller Sonne mit einer Messung von 1,0 kW/m2 an der Moduloberfläche empfangen wurde.

Wird die Sonneneinstrahlung jedoch über den gesamten 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus sowie über ein ganzes Jahr von 365 Tagen gemittelt, erhalten selbst die besten Standorte im Durchschnitt nur 250–300 W/m2 pro Tag. Das sind weniger als 30 % dessen, was oben in der Erdatmosphäre ankommt. Es gibt also eine Menge sogenannter „Sonnendämpfung“, d. h. den Verlust der Sonneneinstrahlung, wenn sie die Erdatmosphäre durchdringt, bevor sie mit der Sonne die Erdoberfläche erreicht Die Dämpfung ist während der Wintermonate größer.

Wir könnten die tägliche, monatliche oder sogar jährliche Menge an Sonneneinstrahlung (Leistung) darstellen, die für einen bestimmten Ort verfügbar ist, was uns eine klarere Vorstellung von den verfügbaren Mindest- und Höchstwerten gibt die Erzeugung elektrischer Energie mit Photovoltaikmodulen wie gezeigt.

Diagramm der Sonneneinstrahlung während des Tages

Wir können an unserem täglichen Beispiel sehen, dass die verfügbare Sonneneinstrahlung während der helleren, sonnigeren und längeren Sommertage größer ist als die der kürzeren, trüberen Wintertage, wie wir erwarten würden. Die im Sommer verfügbaren Spitzensonnenstunden sind also deutlich länger als im Winter, sodass ein PV-Modul länger mit seiner maximalen Nennleistung betrieben werden kann.

Also zum Beispiel, wenn die durchschnittliche Sonnenenergie auf eine Oberfläche fällt während der Sommermonate 800 W/m2 beträgt und für volle 8 Stunden pro Tag zur Verfügung steht, beträgt die tägliche Sonneneinstrahlung während der Sommermonate:

800 W/m2 x 8 Stunden = 6400 Wh/m2 oder 6,4 kWh/m2

Von oben können wir also sehen, dass, wenn 1 kWh/m2 einer maximalen Sonnenstunde (PSH) entspricht, 6,4 kWh/m2 6,4 maximalen Sonnenstunden oder 6,4 PSH entspricht.

Nun wenn wir gehen davon aus, dass in den Wintermonaten die durchschnittlich verfügbare Sonnenenergie um die Hälfte, also auf 400 W/m2 sinkt und nur noch halb so viele Stunden, also 4 Stunden im Vergleich zu den Sommermonaten zur Verfügung steht, wie die eingestrahlte Sonneneinstrahlung in den Wintermonaten wären:

400 W/m2 x 4 Stunden = 1600 Wh/m2&# 160;oder 1,6 kWh/m2 = 1,6 PSH

Dann sehen wir an diesem sehr einfachen Beispiel, dass die in den sonnenreicheren Sommermonaten gesammelte Sonnenenergie mit 6,4 kWh/m2 viermal so hoch ist wie die in den trüberen Wintermonaten mit nur 1,6 kWh/m2. Auch hier entspricht laut NASA der weltweite tägliche Durchschnittswert der Sonneneinstrahlung über den gesamten Planeten an einem Tag ungefähr 5,0 kWh/m2 oder 5 Spitzensonnenstunden (PSH).

Solar Beispiel für Bestrahlungsstärke

Photovoltaik (PV)-Module wandeln Sonneneinstrahlung in Strom um. Wenn wir davon ausgehen, dass wir ein einzelnes 200-Watt-Photovoltaikmodul haben, wie viel Energie könnte das Modul pro Tag während der Sommer- und Wintermonate unter Verwendung der Spitzenwerte der Sonnenstunden aus unserem obigen Beispiel potenziell erzeugen.

Solarmodul Leistung während der Sommertage:

200 Watt  x 6,4 PSH = 1280 Wh/Tag oder 1,28 kWh/Tag

Solarmodulleistung während der Wintertage:

200 Watt  x  1,6 PSH = 320 Wh/Tag oder 0,32 kWh/Tag

Wenn wir also davon ausgehen, dass wir 1000 Watt pro Tag an Sonnenenergie benötigen, um Strom zu erzeugen In unserem Haus könnten wir dies in den Sommermonaten mit nur einem 200-Watt-Photovoltaikmodul tun, würden aber in den Wintermonaten vier 200-W-Module benötigen. Daher führt eine höhere Verfügbarkeit von Solarenergie (mittels PSH) zu einem geringeren Solar-PV-Wattbedarf, während ein niedrigerer Spitzensonnenstundenwert eine viel höhere PV-Wattleistung erfordert.

Dies ist jedoch a Ein sehr vereinfachtes Beispiel: In Wirklichkeit wird der Bedarf an PV-Modulen, um ein bestimmtes Haus mit Strom zu versorgen oder eine Batteriebank aufzuladen, letztendlich durch die angeschlossene Last und den Verbrauch bestimmt und nicht durch höhere oder niedrigere PSH-Werte.

Aber es gibt uns ein gutes Beispiel dafür, wie die Sonneneinstrahlung und die Sonnenspitzenstunden (PSH) an einem bestimmten Ort nicht nur je nach geografischer Lage und Wetter das ganze Jahr über variieren, sondern auch die Größe und die Kosten jeder geplanten Photovoltaikanlage bestimmen.