Kurzinfo

Wie viel Sonnenenergie in jeder Sekunde auf eine Quadratmeter senkrecht zur Lichtrichtung bei einem Abstand zur Sonne wie ihn die Erde hat einstrahlen würde: diesen Wert nennt man die Solarkonstante: Rund 1367 Joule pro Sekunde oder 1367 Watt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Etwa 1367 Joule pro Sekunde würden im Weltraum über der Erde auf einen m² einstrahlen.☛

Definition

Man versetze sich gedanklich an einen beliebigen Punkt auf der Erdumlaufbahn um die Sonne in einem ansonsten leeren Weltraum. Man denke sich dann eine Fläche von einem Quadratmeter. Man halte ihn gedanklich senkrecht zur Sonne hin, so also, dass maximal viel Sonnenlicht auf die Fläche einstrahlen kann. Die Menge an Energie, die dann in jeder Sekunde auf diese Fläche einstrahlt nennt man die Solarkonstante.

Wie konstant ist diese Konstante?

Die Erdbahn um die Sonne ist kein perfekter Kreis. Auch schwankt die Strahlungsintensität der Sonne, damit schwankt auch der Wert der Solarkonstanten. Recht stabil hingegen sind Mittelwerte über viele Jahre. Ein solcher Mittelwert ist 1367 Watt. Ist die Erde der Sonne am nächsten (Perihel) liegt der dann tatsächlich gemessene Wert um etwa 3,4 % höher als das langjährige Mittel. Ist die Erde von der Sonne maximal weit entfernt (Aphel) liegt der Wert etwa 3,3 % unter dem langjährigen Mittel.

Was ist die Globalstrahlung (Photovoltaik)?

Als Globalstrahlung bezeichnet man die tatsächlich auf einen horizontalen Quadratmeter einstrahlende Energiemenge über einen längeren Zeitraum - meist ein Jahr - gemittelt. Damit werden Tag-und-Nacht Schwankungen, jahreszeitiliche Unterschiede, der Einfluss der Atmosphäre und des Wetters an einem konkreten Ort berücksichtigt. Die Globalstrahlung wird üblicherweise nicht berechnet sondern gemessen. Dieser Wert ist zum Beispiel wichtig zur Planung einer Photovoltaikanlage. Siehe mehr dazu unter Globalstrahlung ↗

Der Einfluss der Atmosphäre

Die Solarkonstante bezieht sich auf die Leistung pro Quadratmeter oberhalb der Lufthülle der Erde, der Atmosphäre. Dringen die Strahlen der Sonne in die Atmosphäre ein, so geht aus dem ursprünglichen Strahl Energie verloren. An der Oberfläche der Erde kommt dann weniger an, als oben auf die Atmosphäre aufgetroffen ist. Wie viel der Strahlung auf der Erdoberfläche ankommt, kann man mit einer Formel abschätzen:

I = 1,353 W/m² · 0,7^AM^0,678^[1]

Legende

I = senkrecht zum einstrahlenden Sonnenlicht^[1]^[2], die Flächenleistungsdichte ↗

W = die Leistung in Watt ↗

m² = die Fläche in Quadratmeter ↗

, = ein normales Kommazeichen ↗

^ = ein Hochzeichen ↗

AM = Luftmasse (air mass) = 1/cos(Θ)

Θ = großes Theta, von der Sonnenzenitwinkel^[3]

Bei dieser Abschätzung geht man von einer wolkenfreien Atmosphäre aus.

Fußnoten

[1] "DNI (Direct Normal Irradiation): Unter direkter normaler Strahlung versteht man Strahlung welche im rechten Winkel auf das Messgerät auftrifft, also die Direktstrahlung auf eine Fläche senkrecht zur Position der Sonne. Diese Strahlung wird von einem Pyrheliometer gemessen und kann insbesondere bei flachem Sonnenstand ein vielfaches der Direktstrahlung auf horizontaler Fläche betragen." In: der Artikel "Strahlung". Bereitgestellt von der Firma Meteoblue aus Basel (Schweiz). Abgerufen am 1. Juli 2025. Online: https://content.meteoblue.com/de/forschung-bildung/spezifikationen/datenquellen/messungen/strahlung

[2] "Bei der Direktstrahlung handelt es sich um kurzwellige solare Strahlung, die neben der Diffusstrahlung ein Bestandteil der Globalstrahlung ist. Der Wellenlängenbereich liegt zwischen ca. 0,3 und 4 µm. Die Direktstrahlung legt den kürzesten Weg zwischen Sonne und Erde zurück, ohne ein Hindernis zu treffen. Da sie weniger Wärmeenergie an die Umgebung abgibt als die Diffusstrahlung, trägt sie maßgeblich zum Strahlungsgewinn bei." In: der Artikel "Direktstrahlung". Glossar des Deutschen Wetterdienstes. Abgerufen am 1. Juli 2025. Online: https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html

[3] Zum Zenitwinkel: "Die berechnete solare Einstrahlung hängt neben dem Zustand der Atmosphäre auch wesentlich vom Sonnenzenitwinkel (SZW) ab." In: der Artikel "Meteorologische Aspekte der Nutzung erneuerbarer Energien". promet Meteorologische Fortbildung des Deutschen Wetterdienstes. Jahrgang 39 Heft 3/4. 2015. ISSN: 0340-4552. Siehe auch Zenitwinkel ↗

[4] "Für viele Anwendungen im Bereich der Solarenergie ist nicht die solare Globalstrahlung von Interesse, sondern nur der Anteil der direkten Sonne, die solare Direktstrahlung I_dir." In: der Artikel "Meteorologische Aspekte der Nutzung erneuerbarer Energien". promet Meteorologische Fortbildung des Deutschen Wetterdienstes. Jahrgang 39 Heft 3/4. 2015. ISSN: 0340-4552. Online: https://www.dwd.de/DE/leistungen/pbfb_verlag_promet/pdf_promethefte/39_3_4_pdf