Sonnenenergie wird manchmal auch als Solarenergie bezeichnet. Gemeint ist damit die Energie der Sonnenstrahlung. Sie entsteht dadurch, dass im Inneren der Sonne Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Ein solcher Vorgang wird Kernfusion genannt. Die Energie, die dabei freigesetzt wird, wird von der Sonne abgestrahlt und verteilt sich im Weltall.

Leistung der Sonnenstrahlung

Die Leistung der Sonnenstrahlung ist ziemlich gleichbleibend und beträgt etwa 3,8∙1026 W (also 380.000.000.000.000.000.000.000.000 W). Nur ein sehr kleiner Teil dieser abgestrahlten Leistung erreicht die Erde.

Die Strahlungsleistung der Sonne, die am oberen Rand der Erdatmosphäre auf die Fläche von einem Quadratmeter (m²) trifft, bezeichnet man als Solarkonstante. Diese, auf einen m² auftreffende Strahlung, ändert sich nur ganz gering, z.B. durch Veränderungen der Sonnenaktivität. Als Mittelwert wurde die Solarkonstante von der Weltorganisation für Meteorologie mit 1.367 W/m² (Watt pro Quadratmeter) festgelegt. (>> mehr)

Die Sonnenstrahlung verglichen mit anderen "Leistungsmaschinen":

Leistungsmaschine

  Leistung (in etwa)
 Fliege 0,001  W  
 Biene 0,1  W  
 Mensch  100  W  
 Pferd  750  W  (1 PS)
 Sonnenstrahlung
 pro m² Erdatmosphäre
 1.367  W
 
 PKW (70 PS) 50.000  W (50 kW)

 Größtes Photovoltaik-Kraftwerk*

290.000.000  W (290 MW)
 Kleines Kernkraftwerk         
 1.000.000.000  W  (1 GW)

* Größtes Photovoltaik-Kraftwerk: In den USA (Arizona) befindet sich das zur Zeit größte Photovoltaik-Kraftwerk der Welt (Stand: Mai 2014). Es hat eine Leistung von 290 Megawatt.

 

Was ist Leistung und was ist Energie?

Die Leistung wird in Watt (W) angegeben. Sie sagt aus, wie viel Arbeit pro Sekunde erledigt werden kann. Leistung ist also Arbeitsvermögen, das beansprucht werden kann. Wenn dieses Arbeitsvermögen für eine bestimmte Zeit genutzt wird, dann stellt diese verrichtete Arbeit Energie dar. Energie ist also gespeicherte Arbeit und ergibt sich aus „Leistung x Zeit“. Die Energie wird in Wattsekunden (Ws) angegeben.
Aus der gespeicherten Arbeit (Energie) folgt die Fähigkeit, wieder Arbeit zu verrichten.

Beispiel (Leistung):
Um Schrauben in ein Brett zu drehen, kann man entweder einen Schraubendreher verwenden und die Schrauben mit der Hand eindrehen oder einen Akkuschrauber. Beides verrichtet die gleiche Arbeit. Jedoch braucht man mit der Hand deutlich mehr Zeit als mit dem Akkuschrauber. Die Leistung einer Person ist offensichtlich geringer als die Leistung eines Akkuschraubers. Das heißt: Je geringer die Leistung ist, desto länger braucht man, um eine bestimmte Arbeit zu verrichten.

Beispiel (Energie):
In dem oben beschriebenen Beispiel wird Energie benötigt, um die Schrauben in ein Brett zu drehen. Egal ob man die Schrauben mit der Hand eindreht oder einen Akkuschrauber verwendet, die verrichtete Arbeit ist die gleiche. Daher ist auch die Energie, die aufgewendet werden muss, in beiden Fällen die gleiche. Die Zeit, die benötigt wurde um die Energie aufzuwenden, ist bei Verwendung des leistungsstärkeren Akkuschraubers jedoch deutlich geringer. Wir nehmen an:

Die Leistung des Akkuschraubers betrage 300 W. Er benötigt 1 Sekunde, um die Schraube ins Brett zu drehen. Die aufgewandte Energie beträgt 300 W 1 s = 300 Ws.
Die eingesetzte Leistung des Menschen betrage 20 W. Er benötigt 15 Sekunden um die Schraube ins Brett zu drehenDie aufgewandte Energie beträgt 20 W 15 s = 300 Ws.

 

Mehrfache von Watt: Mehrfache von Wattsekunde:
 1.000 W = 1 kW 
 Kilowatt       1.000 Ws = 1 kWs  Kilowattsekunde 
 1.000.000 W = 1 MW 
 Megawatt 
 3.600.000 Ws = 3.600 kWs = 1kWh   Kilowattstunde
 1.000.000.000 W = 1 GW   Gigawatt    
 1.000.000.000.000 W = 1 TW 
 Terawatt    

 

Kraftwerke im Vergleich

  • Ein kleines Kernkraftwerk hat eine Leistung von etwa 1 GW. Wenn dieses Kraftwerk nun das ganze Jahr hindurch 24 Stunden am Tag betrieben wird, also 24 h • 365 Tage = 8760 h, dann liefert dieses Kernkraftwerk eine Energiemenge von 1 GW • 8760 h = 8760 GWh pro Jahr.
  • Ein großes Photovoltaik-Kraftwerk hat eine Leitung von etwa 250 MW (= 0,25 GW). Wenn, wie hier in Deutschland, etwa 1000 Stunden im Jahr die Sonne scheint, dann liefert dieses Photovoltaik-Kraftwerk eine Energiemenge von 0,25 GW • 1000 h = 250 GWh pro Jahr. 

Das Photovoltaik-Kraftwerk hat eine geringere Leistung als das Kernkraftwerk. Hinzu kommt, dass das Photovoltaik-Kraftwerk nur dann arbeiten kann, wenn die Sonne scheint. Daher erzeugt das Kernkraftwerk in der gleichen Zeit die 35-fache Energiemenge des Photovoltaik-Kraftwerks. Um die gleiche Energie zu erzeugen, benötigt das Photovoltaik-Kraftwerk also 35 mal länger als das Kernkraftwerk.

 

Elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Die Leistung wird in Watt (W) angegeben.

Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit. Energie wird in Wattsekunden (Ws) oder in Wattstunden (Wh) angegeben.

 

Quellen:
V. Wesselak, S. Voswinckel (2012): Photovoltaik – Wie Sonne zu Strom wird, Springer Verlag, Berlin Heidelberg
S. Karamanolis (2009): Photovoltaik: Schlüsseltechnologie der Solarenergie, E. Karamanolis Verlag, Weilheim
K. Mertens (2013): Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, 2. neu bearbeitete Auflage, Carl Hanser Verlag, München
Transferstelle Bingen (2006): Rationelle und Regenerative Energienutzung, C.F. Müller Verlag, Heidelberg

http://www.energie-macht-schule.de/content/solarenergie
http://m.schuelerlexikon.de/mobile_physik/Energie_der_Sonne.htm
http://solarmedia.blogspot.de/p/grosste-pv-anlagen-der-welt.html

Die Erdatmosphäre

umgibt die Erde wie eine Schutzhülle.

2 - Sonnenstrahlung - Erdatmosphaere


Elektrische Leistung

  Formelzeichen:  P
  Einheit:           Watt (W)

Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke.


Elektrische Energie

  Formelzeichen:  E
  Einheit:    Wattsekunde (Ws)

Die elektrische Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit.


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