Globalstrahlung, Direkt- und Diffusstrahlung
Als Globalstrahlung bezeichnet man die Summe aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung.
Im „Fotografenjargon“ gesprochen handelt es sich um Schatten werfendes „Licht“ (Direktstrahlung) und gestreutes „Licht“ (Diffusstrahlung). Wobei die Sonnenstrahlung mehr als das sichtbare Licht ausmacht!
Die Sonnenstrahlung besteht 42% aus sichtbarer Strahlung (Licht), 7% aus ultravioletter Strahlung und 49% aus Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung). 2% machen sonstige Anteile im Strahlungsspektrum aus. (Quelle: Deutscher Wetterdienst)
Standardmäßig wird die Globalstrahlung auf die horizontal bezogene Fläche gemessen.
Grob gesprochen und Uhrzeitabhängigkeiten vernachlässigt: Mitte April bis Mitte August besteht die Globalstrahlung auf unserem Breitengrad bei wolkenlosem Himmel ¾ aus Direktstrahlung. Bei tieferen Sonnenständen von 10°, z.B. von 19 Uhr – 5 Uhr im besagten Zeitraum, beträgt der Anteil zur Globalstrahlung ⅓. (Ohne Sonne in der Nacht keine Sonnenstrahlung.)
[Achtung! Diese Vereinfachung ist zu ungenau! Der Sonnenstand (bzw. die Bahn der Sonne) ist entscheidend. Dieser ist im Monats-/Jahresmittel zu tief, um diese Aussage unabhängig von der Sonnenhöhe belastbar treffen zu können!]
Der Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung liegt Deutschlandweit im Jahresmittel leicht über 50%. Je weiter südlich steigt der Anteil der Direktstrahlung. In südlichen Ländern trägt die Direktstrahlung hauptsächlich zur Globalstrahlung bei.
Exkursion: Treibhauseffekt
Als der Treibhauseffekt durch die CO2 – Konzentration noch im Gleichgewicht war (= sich zersetzende Biomasse (Pflanzen, Holz) erzeugt CO2, welches durch neuwachsende Pflanzen und Bäume durch CO2 – Aufnahme aus der Luft kompensiert wird) existierte ein intaktes System.
Ohne dieses System läge die mittlere Temperatur auf der Erde bei -18 °C. Durch das intakte System liegt/lag die tatsächliche mittlere Temperatur bei +15°C.
Nun steigt die CO2 Konzentration , sowie die Konzentration andere Spurengase (z.B. Methan) in der Atmosphäre durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Holz, Kohle, Erdgas, Erdöl). Die Erde kann die aufgenommene Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) – z.B. über Steine, Asphalt und Bauten – nicht mehr angemessen an den Weltraum abgeben. Absorption an Spurengasen erzeugt zusätzliche Wärmeenergie, die zum größten Teil in der Atmosphäre verbleibt und nicht an den Weltraum abgegeben wird.
Dadurch steigt die Temperatur in der Atmosphäre und auf der Erde.
Neigungswinkel β der Solarmodule
Welcher Neigungswinkel β für eine Installation besonders geeignet ist, um den Ertrag zu maximieren, lässt sich genau simulieren. Hier tragen viele Faktoren (z.B. Ausrichtung und Verschattung) mit zu bei!
Selbstverständlich gibt es auch wirtschaftliche Faktoren! Benutzt man zum Beispiel die Dachschräge als angewinkeltes Trägergestell oder muss man extra ein Gestell mit einkalkulieren? Und auch die Optik spielt da mit rein.
Neigungswinkel von ~ 45° in Südausrichtung 
Neigungswinkel von 10° in Ost–/Westausrichtung
Der Sonnenazimuth αS gibt die Winkelabweichung für Sonnenabweichungen von der Südausrichtung (Effektivitätsmaximum 100% bei 0°) . an. Positive Werte bedeutet Abweichungen nach Westen. Negative Werte bedeuten hierbei Abweichungen nach Osten.
Um jetzt mal konkret zu werden, greife ich zwei Szenarien für einen Breitengrad „in der Nähe von Rinteln“ raus.
In Südrichtung beträgt der optimale Neigungswinkel der Solarmodule für 100% Effektivität 35°.
In Ost- bzw. Westausrichtung (αS = -90° bzw. +90°) beträgt der optimale Neigungswinkel 0° bei einer Effektivität von 87,8%. Bei 10° Neigungswinkel beträgt die Effektivität noch 87%.