Photovoltaik

Zusammenfassung

Im Sonnenkern werden jeweils 4 Wasserstoffatome zu einem Heliumatom verschmolzen. Dabei ergibt sich ein Massendefekt, der nach der Gleichung $E=m^{.}$ c ${}^{2}$ in Energie umgewandelt wird. Die Energie wird zum größeren Teil als elektromagnetische Strahlung (und überwiegend als sichtbares Licht) abgestrahlt. Ein kleinerer Teil der Energie wird als Materiestrahlung (Sonnenwind) abgestrahlt, der auf der Erde nur geringe Auswirkungen hat.

Leider ist das solare Energieangebot zeitlich und räumlich stark schwankend. Dies begründet sich durch das lokale Klima (Wolkenbildung) und die elliptische Erdumlaufbahn und die leicht geneigte Erdachse (vgl. Abb. 2.1).

Am oberen Rand der Erdatmosphäre kommen von der Strahlung der Sonne im Mittel etwa 1367 W/m${}^{2}$ (so genannte Solarkonstante ) an, nämlich 1325 W/m${}^{2}$ im Juli (größter Sonnenabstand) und 1420 W/m${}^{2}$ im Januar (kleinster Sonnenabstand).

Neben dem Tag/Nacht-Rhythmus der Sonneneinstrahlung durch die Erdrotation ergibt sich durch Neigung der Erdachse um 23,5${}^{\circ}$ und den jährlichen Umlauf der Erde um die Sonne ein starker jahreszeitlicher Einfluss. Da beispielsweise Hamburg etwa auf 53,5${}^{\circ}$ nördlicher Breite und somit nördlich des Wendekreises liegt, steht hier die Sonne am Sommeranfang mit

$$90^{\circ}-(53,5^{\circ}-23,5^{\circ})=60^{\circ}\ \text{{\"u}ber dem Horizont}\> ,$$

zum Winteranfang hingegen nur mit

$$90^{\circ}-(53,5^{\circ}+23,5^{\circ})=13^{\circ}\> .$$

Die Strahlung fällt somit viel flacher ein und wird durch die Atmosphäre viel stärker abgeschwächt.