Ausrichtung, Neigungswinkel

Sonnenstrahlung

Die Sonne ist die mit Abstand größte regenerative Energiequelle. Bei optimalen Wetterbedingungen und hohen Sonnenständen sind Bestrahlungsstärken von 1000 W/m² möglich, die sich kurzfristig durch Reflexion bis auf 1200 W/m² erhöhen können. In den Morgen- und Abendstunden reduziert sich die Bestrahlungsstärke aufgrund des längeren Weges der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre. Niedrigere Sonnenstände im Winter können ebenfalls die Bestrahlungsstärke ermäßigen. Eine erhebliche Reduzierung wird durch Wolken herbeigeführt. Die örtliche Strahlungsstärke ist nicht allein aufgrund der Breitengrade zu bemessen. Der Unterschied zwischen Sommer und Winter an den jeweiligen Orten führt zu stark abweichenden Ergebnissen.

Bestrahlungsstärke

Die globale Bestrahlungsstärke besteht aus der direkten und der diffusen Sonnenstrahlung, die durch Reflektion, Streuung und Absorption der direkten Sonnenstrahlung entsteht. An Tagen mit niedriger Gesamtbestrahlung ist der Diffusanteil besonders hoch (bis 100 %) und sinkt mit dem steigenden Grad der Gesamtbestrahlung bis 20 %. Die direkte Strahlung kommt grundsätzlich aus der Sonnenrichtung, die diffuse Strahlung besitzt keine definierte Richtung.

Bestrahlungsrichtung

Die Bestrahlungsstärke auf eine senkrecht zur Sonne geneigten Fläche ist größer als die direkte Bestrahlungsstärke auf der Horizontalen.Das Bild zeigt die Einstrahlung des Sonnenlichts auf eine horizontale Fläche Ahor und eine Fläche As senkrecht zur Einfallsrichtung.

Die Bestrahlungsleistung ist zwar bei einer horizontalen Fläche gegenüber einer geneigten gleich, wird aber mit einer kleineren Kollektorfläche erfaßt. Daraus ergibt sich eine höhere Effizienz bei geneigten Flächen. Das Ergebnis bei geneigten Flächen wird noch durch die Reflexion des diffusen Sonnenlichtes von der Dachfläche verbessert, die bei horizontalen Flächen entfällt.

Optimal für eine maximal über den Tagesablauf Einstrahlung ist die Südausrichtung. In einem großen Winkelbereich sind die Energieverluste bei nicht optimal ausgerichteten Dachflächen jedoch relativ gering. Je weiter die Ausrichtung von der Südrichtung abweicht, desto geringer kann die Neigung der Kollektorfläche sein, um gleichwertige Ergebnisse zu erzielen.

Zusammenspiel zwischen Ausrichtung und Neigung

Die Grafik zeigt die Änderung der jährlichen solaren Bestrahlung in Abhängigkeit von Ausrichtung und Neigung im Vergleich zur Horizontalen. Beispiel:

• Ausrichtung: 0°, Neigungswinkel: 35° = Energieertrag: 105 - 110 % (gelber Bereich)
• Ausrichtung: -50°, Neigungswinkel: 40° = Energieertrag: 100 - 105 % (orangefarbener Bereich)
• Ausrichtung: 90°, Neigungswinkel: 45° = Energieertrag: 85 - 95 % (grüner Bereich)