Energie der Sonne

Die Sonne - unser Lebensspender
Die Sonne ist die natürliche und wichtigste Energiequelle der Erde. Fast alle Energie auf der Erde ist letztendlich umgewandelte Sonnenenergie.
Die Fotosynthese ermöglicht den Stoffwechsel der Pflanzen. Sie ist aber nur bei Lichteinfall möglich. Pflanzen können also nur grünen und gedeihen, wenn Sonnenlicht einfällt. Die Tiere wiederum benötigen die Pflanzen. Tiere und Pflanzen bilden u. a. die Existenzgrundlage für uns Menschen.

Vielfach verwenden wir heute fossile Brennstoffe als Energieträger. Kohle wird aber heute dort abgebaut, wo vor Millionen von Jahren weite Wälder im Sonnenlicht wuchsen. Diese Wälder versanken und wurden mit Erde überdeckt. Unter diesen Erdschichten verwandelte sich das Holz über lange Zeiträume hinweg zu Kohle. Auch der Wasserkreislauf und die Luftströmungen (Wind) sind auf die Wirkung der Sonneneinstrahlung zurückzuführen.

Die Solarkonstante

Die Energie, die die Sonne in den Weltraum abstrahlt, ist relativ konstant und beträgt $\mathrm{3,8}\cdot {10}^{26}\text{ J}$. Quelle dieser Energie ist die Verschmelzung von Wasserstoff zu Heliumkernen im Inneren der Sonne, also eine Kernfusion. In jeder Sekunde verschmelzen 567 Mio. t Wasserstoff zu 562,8 Mio. t Helium. Dem Massedefekt von 4,2 Mio. t entspricht nach der von ALBERT EINSTEIN (1879-1955) gefundenen Beziehung zwischen Masse und Energie die oben genannte Energie:

$\begin{array}{l}E=m\cdot c^2\\ E=\mathrm{4,2}\cdot {10}^9\text{ kg }\cdot \text{ (3}\cdot {\text{10}}^{\text{8}}\frac{\text{m}}{\text{s}}{)}^2\\ E=\mathrm{3,8}\cdot {10}^{26}\text{ J}\end{array}$

Diese Energie wird in Form von Strahlung von der Sonne an den umgebenden Weltraum abgegeben. Zur Erde gelangt nur ein kleiner Teil dieser Energie. In Erdentfernung trifft in jeder Sekunde senkrecht auf einen Quadratmeter eine Energie von 1,36 kJ. Diese Größe wird als Solarkonstante bezeichnet. Es gilt für die Erde:

$S=\mathrm{1,36}\frac{\text{kJ}}{{\text{m}}^{\text{2}}\cdot \text{s}}$

Beachte:

• Für einen anderen Himmelskörper hat die Solarkonstante einen anderen Wert, da dessen Entfernung von der Sonne eine andere ist.
• Der angegebene Wert ist die Energie, die von der Sonne kommend auf die Atmosphäre trifft. Da ein Teil von der Atmosphäre reflektiert und ein anderer Teil absorbiert wird, treffen durchschnittlich nur etwa 50 %, also etwa 0,7 kJ, in jeder Sekunde senkrecht auf einen Quadratmeter am Erdboden. Bei schrägem Einfall verringert sich dieser Anteil weiter.

Die Gesamtleistung, die die Erde von der Sonne erhält, beträgt etwa

${\mathrm{1,74}\cdot 10}^{17}\text{ W}$.

In Deutschland treffen pro Jahr auf eine nach Süden geneigte Fläche durchschnittlich 1 100 kWh je Quadratmeter, wobei es in Norddeutschland 10 % weniger und in Süddeutschland 10 % mehr sind (Bild 3).

Zusammensetzung der Sonnenstrahlung

Die Zusammensetzung der Sonnenstrahlung ist in der folgenden Übersicht angegeben. Es handelt sich vom physikalischen Charakter her um elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Wellenlänge.