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Der konstant fliessende Strahlungsenergiestrom der Sonne wird an deren Photosphäre auf einem Temperatur-Potential von ca. 5'800 K emittiert. Die sehr hohe Intensität dieser Strahlung an der Photosphäre von ca. 64'000'000 W/m2 reduziert sich über die Distanz Sonne-Erde quadratisch mit der Entfernung und so ergibt sich über die im Mittel knapp 150 Mio. km beim Auftreffen auf die Atmosphäre unserer Erde der Wert von 1'367 W/m2 (Solarkonstante).

Dieser auf die Erde treffende Strahlungsenergiestrom ist der Antrieb unserer Biosphäre, sowie auch DAS primäre Angebot für den nachhaltigen Antrieb unserer zivilisatorischen Errungenschaften und Prozesse.

Der Wert der Solarkonstante reduziert sich weiter auf einen Viertel, also auf 342 W/m2, wenn der Strahlungs-Energiestrom auf die ganze Atmosphärenoberfläche bezogen wird, also auf das Vierfache der von der Sonne angestrahlten Querschnittsfläche der Erde.

Der auf die Kugeloberfläche bezogene Strahlungsenergiestrom von 342 W/m2 ist demnach der über die Jahreszeiten und Tageszeiten gemittelte Wert des Energiestromes der von der Sonne her an der Erdatmosphären-Oberfläche eintrifft.

Ein Teil davon erreicht direkt oder indirekt, als Globalstrahlung, die Erdoberfläche mit folgender durchschnittlicher Intensität:

In der Nähe der Pole: < 100 W/m2
In mittleren Breiten: 100 - 200 W/m2
Zwischen den Wendekreisen: 200 - 300 W/m2
In Bern (Zollikofen)*: 131 W/m2
In Genf (Cointrin)*: 140 W/m2
In Zürich (Kloten)*: 126 W/m2

* Die von MeteoSchweiz zur Verfügung gestellten Messdaten der Globalstrahlung sind Mittelwerte der Jahre 1981 bis 2000 und variieren über die Jahreszeit wie folgt (Diagramm):

In unseren Breiten können auf einer geneigten Fläche und somit etwa senkrecht einfallender Direktstrahlung bei klarem Wetter Strahlungs-Intensitäten von um die 1'000 W/m2 auftreten.

Höchste Intensitäten des Globalstrahlungsenergiestromes von der Sonne können lokal auf Gebirgen in der Nähe des Äquators (AM < 1.0) durch Reflexionen an Wolken etc. weit über die Solarkonstante hinausgehen. So wurden angeblich in den Anden Ecuadors Intensitäten von über 1'800 W/m2 gemessen.

Der auf die Erdoberfläche eintreffende Energiestrom, getragen durch die Strahlung der Sonne, kann zu einem beträchtlichen Teil mittels des technisch herausragenden Prozesses der Photovoltaik weitgehend verschleissfrei und ohne bewegte oder rotierende Teile direkt auf den elektrischen Ladungsstrom mit zugehörigem Spannungspotential umgeladen werden. Diese «Elektrizität» dient heute schon und in Zukunft voraussichtlich noch viel mehr als Haupt- oder zumindest als Hilfs-Energieträger für den Betrieb aller unserer Prozesse zur menschlichen Bedürfnisbefriedigung.

Die Nennleistungsangabe P (STC) der Photovoltaikmodule bezieht sich auf Standard-Strahlungs- und Umgebungs-Bedingungen (STC, Standard Test Conditions). Danach beträgt die Intensität des Strahlungs-Energiestromes 1'000 W/m2 und dies bei 1.5-facher Luftmasse (AM 1.5). Eine solche «Norm»-Strahlung kann hier bei uns etwa an klaren Tagen um den Mittag zur Jahreszeit der Tagundnachtgleiche, also bei einer Sonnenhöhe über dem Horizont von ca. 42°, auf einer entsprechend geneigten Ebene eintreffen.

Die nachfolgenden Grafiken geben die langjährigen mittleren Ertragsdaten dreier älterer Photovoltaikanlagen wieder. Es wird der mittlere, auf die Gesamt-Modulfläche bezogene Energiestrom, also die Prozessleistung dargestellt, welche aus der am Anlagenstandort eintreffenden Globalstrahlung verfügbar gemacht wird. Die Prozessleistung ist dabei der Energiestrom, welcher getragen durch das hier übliche elektrische Drehstrom-Versorgungssystem (mit Spannung 3x400/231 V) nutzbar wird.

Die drei Anlagen in Bern, Genf, und Zürich werden «normal» gewartet:

Fernüberwachung mit Ertragskontrolle
Periodische Kontrolle vor Ort (Zustand der Module, mechanische Befestigung, Elektroinstallation etc.); ca. alle 2-3 Jahre
Periodische Reinigung des Solarzellenfeldes; ca. alle 4-6 Jahre

Grössere Störungen und Ausfälle, wie z.B. ein Wechselrichterersatz führen zu Ertragseinbrüchen, ansonsten bewegen sich die langjährigen Schwankungen im Rahmen von ca. +/-10% des langjährigen Mittelwertes. Der Ersatz eines Wechselrichters hat in dieser Zeit der technologischen Weiterentwicklung auch zu einer merkbaren Verbesserung der Gesamteffizienz geführt. Ausserdem gibt es in der dargestellten Zeitspanne generell eine leichte Tendenz zunehmender Globalstrahlung (global brightening?), so dass eigentlich kein Alterungseffekt offensichtlich ist.

Globalstrahlung und Ertragsdaten von Photovoltaikanlagen