Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 80

(Gl. 2.78). Die Zahlenangaben in Abb. 2.53 geben auf die gesamte Erde bezogene Mittel-
werte wieder und sind auf die Globalstrahlung außerhalb der Erdatmosphäre (Solarkons-
tante, 100 %) bezogen.
Die zur Erde kommende Sonnenenergie wird durch Wolken, Luft und Boden (hier be-
sonders von Schnee) zu 30 % wieder in den Weltraum reflektiert (das heißt die Albedo
der gesamten Erde beträgt im Mittel  Boden ≈ 0.30). Die restlichen 70 % werden absor-
biert; hierbei ca. 20 % von der Atmosphäre und ungefähr 50 % vom Erdboden (vergleiche
Abb. 2.53 ). Letztere werden durch Wärmestrahlung und Konvektion wieder an die Luft-
hülle abgegeben. Würde nur diese Energie wieder vollständig in den Weltraum abgestrahlt
werden, so läge die mittlere Lufttemperatur bei −18 °C, während sie tatsächlich um 15 °C
beträgt. Die Differenz erklärt sich aus dem natürlichen Treibhauseffekt der Atmosphäre.
Die sogenannten Treibhausgase in der erwärmten Atmosphäre (vor allem Wasserdampf
und Kohlendioxid) emittieren Infrarotstrahlung - auch in Richtung Erde. Der Nachschub
für die abgestrahlte Energie erfolgt durch Konvektion und Absorption (ein Teil der Ab-
strahlung von der Erdoberfläche im Infraroten wird absorbiert).
Die von der Atmosphäre emittierte Infrarotstrahlung führt zu einer Erwärmung der
Erdoberfläche um durchschnittlich 33 °C. Diese Zahlen gelten nur für die Erde als Ganzes.
Lokal und regional hängen die Verhältnisse von zahlreichen Faktoren ab:
• von der Albedo der Erdoberfläche, die vom 30 %-Mittel stark abweichen kann (bei-
spielsweise Schnee 40-90 %, Wüste 20-45 %, Wald 5-20 %),
• vom oben erwähnten Einfallswinkel der Sonnenstrahlen und der Dauer ihrer Einwir-
kung,
• von Bewölkung und Luftfeuchtigkeit,
• vom Wärmetransport durch Wind, von Luftschichtungen usw.
Prinzipiell sind alle Faktoren weitgehend modellierbar. Doch Details wie beispielsweise
Staueffekten an Gebirgen, unregelmäßige Bewegung von Tiefdruckgebieten sowie mikros-
kopische Turbulenz- und Austauscheffekte, die sich zum Teil erheblich auf das globale Ge-
samtsystem auswirken sind nicht in allen Details bekannt. Für gute Vorhersagen benötigt
die Meteorologie außer enormen Rechenkapazitäten auch ein weltweit dichtes Raster von
Messdaten über alle Luftschichten, was in der Praxis an Grenzen stößt.
Literatur
Duffie JA, Beckman WA (1991) Solar Engineering of Thermal Processes. Wiley-Interscience, New
York
Europäische Komission (2006) Photovoltaic Solar electricity potential in european countries, Ins-
titute for Environment and Sustainability-IES, Abrufbar unter http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
cmaps/eur.htm
Fröhlich C, Foukal PV, Hickey JR, Hudson HS, Willson RC (1992) Solar Irradiance Variability from
Modern Measurements. In Sun in Time. (3rd Ausg.). Univ. of Arizona Press, Tucson