Sonnenenergie auf der Erde: Solarkonstante, Spektrum und Potenzial
Wie viel Sonnenenergie erreicht die Erde? Solarkonstante, Atmosphärenverluste, globale Verteilung und das enorme Potenzial der Solarenergie erklärt.
Sonnenenergie auf der Erde
Die Sonne ist ein gigantischer Fusionsreaktor, der jede Sekunde etwa 3,8 × 10²⁶ Watt abstrahlt. Davon erreicht nur ein winziger Bruchteil unseren Planeten – doch selbst dieser Bruchteil übersteigt den gesamten Energiebedarf der Menschheit um das Tausendfache. Dieses Kapitel erklärt die physikalischen Grundlagen der Sonneneinstrahlung auf der Erde.
Die Solarkonstante
An der Grenze der Erdatmosphäre treffen durchschnittlich 1.361 W/m² Sonnenenergie auf eine senkrecht zur Sonnenstrahlung stehende Fläche. Dieser Wert wird als Solarkonstante bezeichnet und vom SORCE-Satelliten der NASA kontinuierlich gemessen.
Gesamtleistung auf der Erde
Die Erde fängt mit ihrem Querschnitt (Kreisfläche mit Radius 6.371 km) insgesamt etwa 174 Petawatt (174 × 10¹⁵ W) Sonnenenergie auf. Das entspricht:
- 1,5 × 10¹⁸ kWh pro Jahr (1,5 Trillionen kWh)
- In einer Stunde mehr Energie, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht
- Etwa 10.000-mal so viel wie der globale Primärenergieverbrauch
Sonnenenergie im Vergleich zum Energiebedarf
Die Sonne liefert in einer Stunde mehr Energie, als die gesamte Menschheit in einem Jahr verbraucht. Klicken Sie auf einen Wert für Details.
Gesamter Primärenergieverbrauch der Menschheit (ca. 580 EJ/Jahr, Stand 2024).
Die Sonne liefert 4.944× so viel Energie wie globaler energiebedarf
Theoretisch reicht die Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche, um den Globaler Energiebedarf 4.944‑fach zu decken.
Quellen: NASA Earth Fact Sheet, IEA World Energy Outlook 2024, Bundesnetzagentur
Verluste in der Atmosphäre
Von den 1.361 W/m² im Weltraum erreichen bei klarem Himmel und senkrechtem Einfall nur noch rund 1.000 W/m² die Erdoberfläche. Die Atmosphäre absorbiert und reflektiert einen erheblichen Teil der Strahlung.
Atmosphärische Absorption der Sonnenstrahlung
Von 1.361 W/m² im Weltraum erreichen etwa 925 W/m² die Erdoberfläche bei klarem Himmel und senkrechtem Einfall (AM1.5 Standard).
Das AM1.5 Spektrum
Das Sonnenspektrum auf der Erdoberfläche unterscheidet sich deutlich vom Weltraum-Spektrum. Der Standard AM1.5 (Air Mass 1.5) beschreibt das Referenzspektrum bei einem Sonnenhöhenwinkel von etwa 48° – typisch für mittlere Breiten wie Deutschland, Österreich und die Schweiz.
Bei den Standard-Testbedingungen (STC) für Solarmodule gelten:
- Einstrahlung: 1.000 W/m² (AM1.5 Global)
- Zelltemperatur: 25°C
- Windgeschwindigkeit: 1 m/s
Globale Verteilung der Sonneneinstrahlung
Die Sonneneinstrahlung ist nicht gleichmäßig über die Erde verteilt. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind:
- Breitengrad: Am Äquator trifft die Strahlung nahezu senkrecht auf, an den Polen sehr flach
- Wolkenbedeckung: Trockene Wüstenregionen erhalten mehr direkte Strahlung
- Höhenlage: Dünnere Atmosphäre in großen Höhen = weniger Absorption
- Albedo: Schnee und Eis reflektieren bis zu 90% der Strahlung
Globale Sonneneinstrahlung im Vergleich
Jährliche Globalstrahlung in kWh/m² auf einer horizontalen Fläche. Wählen Sie Regionen zum Vergleich.
Süddeutschland (Bayern)
Beste Standorte in Deutschland, Föhn-Effekte
Quelle: PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System), Europäische Kommission; NASA Surface Meteorology and Solar Energy
Die DACH-Region im globalen Kontext
Deutschland, Österreich und die Schweiz liegen zwischen dem 47. und 55. Breitengrad und erhalten jährlich 1.000–1.250 kWh/m² Globalstrahlung. Das ist zwar deutlich weniger als in der Sahara (~2.500 kWh/m²), aber immer noch ausreichend für eine wirtschaftliche Nutzung der Photovoltaik.
Saisonale Schwankungen
Durch die Neigung der Erdachse um 23,4° variiert die Sonneneinstrahlung in der DACH-Region stark im Jahresverlauf. Im Juni trifft etwa 7-mal so viel Energie auf eine horizontale Fläche wie im Dezember.
Saisonale Schwankungen der Sonneneinstrahlung
Monatliche Werte für Süddeutschland (~48°N). Jahressumme: 1.132 kWh/m². Das Verhältnis Sommer zu Winter beträgt etwa 7:1.
Die Erdachse ist um 23,4° geneigt. Im Sommer steht die Sonne in der DACH-Region bis zu 65° über dem Horizont, im Winter nur 17–19°. Der flachere Einfallswinkel im Winter verteilt die gleiche Energie auf eine größere Fläche – und der längere Weg durch die Atmosphäre verstärkt die Absorption.
Quelle: PVGIS (EU Joint Research Centre), DWD (Deutscher Wetterdienst)
Warum variiert die Einstrahlung so stark?
Drei Faktoren verstärken sich gegenseitig:
- Sonnenhöhe: Im Winter steht die Sonne tief (17–19° in München), im Sommer hoch (bis 65°). Ein flacherer Winkel verteilt die gleiche Energiemenge auf eine größere Fläche.
- Tageslänge: Von ~8 Stunden im Dezember bis ~16 Stunden im Juni – doppelt so viel Zeit für Stromerzeugung.
- Atmosphärenweg: Bei tiefem Sonnenstand durchquert das Licht eine dickere Atmosphärenschicht, was zu stärkerer Absorption und Streuung führt.
Wie viel Sonnenenergie trifft mein Dach?
Die tatsächliche Energiemenge auf Ihrem Dach hängt von Standort, Dachausrichtung und Neigungswinkel ab. Unser Rechner gibt Ihnen eine erste Einschätzung:
Wie viel Sonnenenergie trifft mein Dach?
Berechnen Sie, wie viel Solarenergie auf Ihre Dachfläche trifft und wie viel Strom Sie daraus gewinnen könnten.
Hinweis: Vereinfachte Berechnung basierend auf Durchschnittswerten. Für eine genaue Planung nutzen Sie unseren PV-Rechner oder PVGIS.
Zusammenfassung
| Kennzahl | Wert |
|---|---|
| Solarkonstante (AM0) | 1.361 W/m² |
| Erdoberfläche (AM1.5, STC) | ~1.000 W/m² |
| Gesamtleistung auf Erde | ~174 PW |
| Globalstrahlung DACH | 1.000–1.250 kWh/m²/Jahr |
| Globaler Energiebedarf | ~18 TW |
| Verhältnis Solar/Bedarf | ~10.000:1 |
| Sommer/Winter-Verhältnis (DACH) | ~7:1 |
Die Sonnenenergie, die unseren Planeten erreicht, übersteigt den menschlichen Bedarf um einen enormen Faktor. Die Herausforderung besteht nicht in der verfügbaren Menge, sondern in der effizienten Umwandlung, Speicherung und Verteilung – genau hier setzt die Photovoltaik an.
Häufige Fragen zur Sonnenenergie auf der Erde
Wie viel Energie strahlt die Sonne insgesamt ab?
Die Gesamtleuchtkraft der Sonne beträgt etwa 3,828 × 10²⁶ Watt. Die Erde fängt davon nur etwa 0,000000045% ein (1 zu 2,2 Milliarden).
Warum ist die Solarkonstante auf der Erde ~1.361 W/m² und nicht mehr?
Der Wert ergibt sich aus der Leuchtkraft der Sonne, verteilt auf eine Kugeloberfläche mit dem Radius der Erde-Sonne-Entfernung (ca. 150 Mio. km). Je weiter weg, desto weniger Energie pro Fläche.
Reicht die Sonneneinstrahlung in Deutschland für Photovoltaik?
Ja. Mit 1.000–1.250 kWh/m² pro Jahr erzeugt eine typische 10-kWp-Anlage in Deutschland etwa 9.000–11.000 kWh Strom jährlich – genug für 2–3 Haushalte.
Was bedeutet AM0, AM1 und AM1.5?
AM steht für „Air Mass” (Luftmasse). AM0 = Weltraum (keine Atmosphäre), AM1 = Sonne im Zenit (kürzester Weg), AM1.5 = Standardbedingung bei 48° Sonnenhöhe. Je höher die Zahl, desto mehr Atmosphäre durchquert das Licht.
Wie viel Fläche bräuchte man, um die ganze Welt mit Solar zu versorgen?
Bei 20% Modulwirkungsgrad und deutschem Strahlungsniveau (~1.100 kWh/m²) würde eine Fläche von ca. 500 × 500 km (etwa die Größe Spaniens) ausreichen, um den gesamten globalen Strombedarf zu decken. In der Sahara wäre die Fläche noch kleiner.
Quellen: NASA Earth Fact Sheet, IEC 60904-3, PVGIS (European Commission), DLR, Fraunhofer ISE, IEA World Energy Outlook 2024
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