Als direkte Strahlung (auch Direktstrahlung) wird in der Photovoltaik derjenige Anteil der Sonnenenergie bezeichnet, der auf geradem, ungehindertem Weg von der Sonne auf die Erdoberfläche und somit auf die Solarmodule trifft. Kurz gesagt handelt es sich um parallele Lichtstrahlen, die in der Atmosphäre weder abgelenkt, gestreut noch reflektiert wurden und einen scharfen Schattenwurf erzeugen.
Auf den Punkt gebracht: Direkte Strahlung steht für das klassische, intensive Sonnenlicht an einem wolkenlosen Himmel. Sie besitzt eine weitaus höhere Energiedichte als gestreutes Licht und ist der Haupttreiber für die Erreichung der maximalen Spitzenleistung (Peak-Leistung) einer Photovoltaikanlage.
Energetische Bedeutung und Einflüsse
Zusammen mit der diffusen Strahlung bildet die Direktstrahlung die sogenannte Globalstrahlung. Im Gegensatz zur diffusen Strahlung, die ungerichtet aus allen Richtungen des Himmels kommt, ist die direkte Strahlung stark richtungsgebunden. Sie hängt folglich extrem vom aktuellen Stand der Sonne ab.
Die Intensität, mit der die direkte Strahlung auf ein Solarmodul trifft, wird maßgeblich vom atmosphärischen Weg des Lichts (dem Air-Mass-Wert) beeinflusst. Steht die Sonne im Sommer steil am Himmel, ist der Weg durch die dämpfende Lufthülle kurz und die Intensität der Direktstrahlung erreicht Höchstwerte von bis zu 1.000 W/m². Im Winter hingegen steht die Sonne flach, wodurch die Strahlen eine dickere Atmosphäreschicht durchdringen müssen und geschwächt werden.
Konsequenzen für die anlagentechnische Planung
Da die Direktstrahlung eine klare geometrische Ausrichtung besitzt, stellt sie besondere Anforderungen an die Projektierung durch den Fachplaner:
- Optimierung von Neigung und Ausrichtung: Um den Ertrag aus der Direktstrahlung zu maximieren, müssen Solarmodule idealerweise im rechten Winkel (90°) zu den eintreffenden Sonnenstrahlen stehen. In Mitteleuropa führt dies zur klassischen Südausrichtung mit einem Neigungswinkel zwischen 30° und 45°.
- Schattenmanagement und Stringaufteilung: Da Direktstrahlung harte Schatten wirft (z. B. durch Schornsteine, Gauben oder Bäume), führt die Teilverschattung eines Moduls zu einem sofortigen, spürbaren Stromeinbruch im gesamten betroffenen String. Ein präzises Schattenmanagement im Wechselrichter oder der Einsatz von optimierten String-Layouts ist hier unumgänglich.
- Einsatz von Nachführsystemen (Trackern): In großen Solarparks im Freiflächenbereich kommen oft ein- oder zweiachsige Trackingsysteme zum Einsatz. Diese drehen die Module im Tagesverlauf dynamisch mit dem Stand der Sonne mit, um den Ertrag aus der direkten Strahlungskomponente über den gesamten Tag hinweg auf dem physikalischen Maximum zu halten.
Technologiewahl für hohe Direktstrahlungsanteile
Bei wolkenlosem Himmel und intensiver Direktstrahlung arbeiten Solaranlagen unter hoher Last. Da sich die Zellen unter anhaltender, direkter Sonneneinstrahlung stark erwärmen, ist hierbei die Berücksichtigung des Temperaturkoeffizienten von zentraler Bedeutung.
Moderne N-Type TOPCon-Solarmodule sind hier im Vorteil, da sie auch bei hohen Modultemperaturen im Sommer stabilere Leistungen erbringen als ältere P-Type-Generationen. Gleichzeitig fangen moderne Antireflexionsbeschichtungen das intensive, gerichtete Licht optimal ein und reduzieren Spiegelungsverluste an der Glasoberfläche auf ein Minimum. Die exakte Kalkulation des Verhältnisses zwischen Direkt- und Diffusstrahlung am spezifischen Projektstandort erfolgt im Rahmen der computergestützten Ertragsprognose durch den installierenden Fachbetrieb.