Solarthermie trotz Wolken und Nebel: Wie beeinflusst Nebel die Strahlung der Sonne?

Hamburg in Grau - macht eine Solaranlage hier Sinn?

Was kommt von der Sonnenenergie tatsächlich an, wenn Nebel herrscht? Lohnt sich eine Solaranlage an nebelreichen Orten? Fragen, die stellt, wer mit dem Gedanken spielt, Solarwärme zu nutzen. Hier kommt der Versuch, den Nebel zu lichten, sprich: die Fragen zu beantworten.

Während ich diesen Artikel schreibe, genieße ich die Gunst der Stunde: Eine niedrig stehende Wintersonne, die es schafft, sich Strahl für Strahl durch mein Balkonfenster zu schieben und den westwärts ausgerichteten Raum unserer kleinen Wohnung mitten in Hamburg zu erwärmen (passive Nutzung der Solarthermie). Die Heizung läuft derweil auf Sparflamme. Deshalb mag ich diese Wintertage besonders gern. Allzu oft herrscht in Hamburg das bekannte hanseatische Grau vor, an vielen Tagen ist es gar so diesig, dass der Fernsehturm (Hertz-Tower) im Dunst verschwindet. Oder der Nebel liegt so schwer herum, dass man die Nachbarhäuser kaum noch sieht.

Was ist Nebel?

Ohne groß nachzudenken, würde ich sagen, Nebel ist eine am Boden klebende Wolke. Läuft man durch die Nebelwolke, spürt man, dass Nebel sehr feuchte Luft ist. Eine Wasserdampfwolke also. Meteorologen sehen in Nebel einen Teil der Atmosphäre, der voller feiner Wassertropfen ist, weil die Luft so gesättigt an Feuchtigkeit ist, dass das Wasser darin kondensiert. Ein Kubikmeter neblige Luft enthält zwischen 0,01 bis 0,03 Gramm kondensiertes Wasser in Tropfenform. Nebel ist demnach ein sogenanntes Aerosol: also ein Gas, das sowohl feste als auch flüssige Schwebeteilchen enthält. Damit ist Nebel tatsächlich nur eine am Boden liegende Wolke (meteorologisch gesprochen: aufliegende Bewölkung). Allerdings sollen die Tröpfchen im Nebel mit ihren Hundertsteln von Millimetern kleiner sein als die einer hoch am Himmel schwebenden Wolke.

Nebel tritt meist im Winter auf, gerne nahe Wasser (Ich liebe Hamburg!). Weht kein Lüftchen (Windstille), sinken die Nebeltröpfchen in Richtung Boden und schlagen sich an festen Oberflächen nieder (Niederschlag). Man spricht von einer Niederschlagsmenge von bis zu 0,12 Liter pro Quadratmeter, was als gering bewertet wird.

Was ist ein Sonnenstrahl?

Licht. Wärme. Sichtbar. Unsichtbar. Unverzichtbar. Lebensnotwendig. Lebensgefährlich (Ich bin Hautkrebspatient, ich weiß, wovon ich spreche). Das sind Attribute, die ich auf Anhieb mit Sonnenstrahlen verbinde. Physikalisch betrachtet sind Sonnenstrahlen extraterrestrische elektromagnetische Strahlen der unterschiedlichsten Wellenlängen. Darunter befinden sich Röntgenstrahlen, Radiowellen, ultraviolette (UV) Strahlen, infrarote (IR) Strahlen. Sehen kann man von den Strahlen knapp die Hälfte (visueller Anteil).

Was passiert mit einem Sonnenstrahl auf dem Weg zur Erde?

Die je nach Wellenlänge unterschiedlichen Strahlen der Sonne werden in der die Erde umgebenden Atmosphäre stärker absorbiert und gestreut als außerhalb dieser Schicht. Von den sichtbaren Strahlen erreicht an einem klaren Tag mit hoch stehender Sonne der Großteil den Boden. Die unsichtbaren Strahlen sind meist sogenannte nahe Infrarotstrahlen (NIR), ein Viertel davon absorbiert die Atmosphäre, vor allem die dort vorhandenen Wassermoleküle. Von der UV-Strahlung, die weniger als zehn Prozent der Sonnenstrahlung ausmache, kämen die UVA-Strahlen weitgehend durch, UVB-Strahlen absorbiere die Ozon-Schicht stark, UVC-Strahlen der Sauerstoff in der Luft.

Je nach Wellenlänge unterschiedlich werden die Strahlen der Sonne auf ihrem Weg zur Erdoberfläche entweder

  • absorbiert (von Wasserdampf, Ozon oder Partikeln in der Luft, zum Beispiel Staub),
  • gestreut (an Partikeln der Luft)
  • oder reflektiert (primär an den Partikeln in der Luft, sekundär an der Erdoberfläche).

Man unterscheidet die gesamte Sonnenstrahlung, die sogenannte Globalstrahlung, nach:

  1. Direkter Strahlung, die ohne die Strahlungsrichtung gewechselt zu haben, jedoch teilweise geschwächt von der Reise durch die Atmosphäre, direkt von der Sonne auf dem Erdboden ankommt.
  2. Diffuser Strahlung, die als Ergebnis der Streuungen und Reflexionen in der Atmosphäre aus allen Richtungen auf den Erdboden trifft.

Wobei direkte Strahlung intensiver als diffuse ist. Es heißt, übers Jahr träfe auf deutschen Erdboden in etwa so viel direkte wie diffuse Strahlung.

Was macht Nebel mit dem Sonnenstrahl?

Betrachtet man Nebel wie ich als Wolke, die am Boden klebt, mindert dieser – wegen der von ihm verursachten Extras an Streuung, Reflexion und Absorption der Solarenergie – deren Ertrag, den man sich nutzbar machen kann. Je nach Zusammensetzung der Nebelwolke (Stichwort: Feinstaub) ist auch ihr Störfaktor unterschiedlich hoch. Je mehr Partikel beispielsweise in der Nebelwolke schweben, desto höher die Streuung, Reflexion und Absorption der Sonnenenergie.

Nun liefert die Sonne jährlich etwa das Zehntausendfache dessen an Energie, das die Erdbevölkerung verbraucht. Selbst das im Vergleich mit anderen Weltregionen nicht wirklich über alle vier Jahreszeiten und schon gar nicht flächendeckend mit Sonne verwöhnte Deutschland soll achtzig Mal so viel Solarenergie abbekommen, wie an Primärenergie verbraucht werden würde, heißt es. Wenn man die Globalstrahlung mal in Kilowattstunden (kWh) zählt, ist der Unterschied zwischen einem Quadratmeter (m²) in München und einem in Hamburg überraschend gering: 1.170 kWh/m² stehen 980 kWh/m² gegenüber. 1.200 kWh entsprechen ungefähr der Wärme, die 120 Liter Heizöl bringen. Kein Grund für mich, nach München zu ziehen, oder?

Aber Gründe genug dafür, dass man in Deutschland auf Anlagen setzt, die sowohl diffuse als auch direkte Sonnenstrahlen beziehen können. Größte Herausforderung ist dabei in unseren Breitengraden die Speicherung der im Sommer im Überangebot vorhandenen Sonnenwärme (70 Prozent) für den Winter.

Mein Stochern im Nebel bringt folgendes Fazit: Solarthermie und Nebel sind nicht die besten Freunde. Aber im Grunde hängt es an der Strahlungsdichte. Ist diese hoch, ist auch bei Nebel was möglich. Im Normalfall aber eher nicht. Im Sommer bei Hochnebel kann schon ein Ertrag da sein, im Winter bei Bodennebel sieht es eher schlecht aus. Wie schon oben erwähnt, darf man sich aber nicht von subjektiver Wahrnehmung täuschen lassen. Wichtig sind die Sonnentage übers Jahr gerechnet und nicht vergessen: Insgesamt ist genug Sonne da, die genutzt werden will. Bei Solarthermie hab ich noch dazu die Möglichkeit einige Zeit mit dem Pufferspeicher zu überbrücken.

Bei mir in Hamburg ist die Sonne inzwischen hinter dem Dach des gegenüberliegenden Hauses verschwunden. Zeit, die Heizung aufzudrehen.

Foto: Doreen Brumme, Blick von der nicht-öffentlichen Terrasse des Radisson Blue am Dammtor über die Binnenalster.

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