Energie der Sonne

Fusionsreaktor Sonne

In der Sonne verschmilzt Wasserstoff in einer kontinuierlichen Kernfusionsreaktion zu Helium. Die dabei freiwerdende Energie wird als elektromagnetische Strahlung mit Lichtgeschwindigkeit von der Sonne aus in alle Richtungen ins All abgestrahlt. Das Spektrum der Sonnenstrahlung reicht von harter, kurzwelliger Röntgenstrahlung bis hin zu langwelligen Mikrowellen. Für uns besonders relevant sind die UV-Strahlung (100–380 nm), der sichtbare Bereich (380–780 nm) sowie die Infrarotstrahlung (780–10.000 nm), die wir als Wärme wahrnehmen.

Wie hoch ist die Strahlungsleistung der Sonne?

Die Strahlungsleistung der Sonne beträgt an ihrer Oberfläche rund 63.000 kW/m². Am äußeren Rand der Erdatmosphäre ergibt sich daraus eine durchschnittliche Strahlungsleistung von etwa 1.365 W/m² (senkrecht auftreffend, 1982 als Solarkonstante E₀ festgelegt). Tatsächlich schwankt die solare Strahlungsleistung jedoch aufgrund der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne zwischen 1.322 W/m² und 1.414 W/m².

Von der solaren Strahlungsenergie, die in unterschiedlichen Wellenlängen auf der Erde ankommt, werden etwa 19 % bereits durch die Atmosphäre und die Wolken absorbiert. Rund 26 % werden direkt in der Atmosphäre reflektiert und 4 % von der Erdoberfläche ins All zurückgeschickt (Albedo). Etwa 51 % der einfallenden Sonnenstrahlung werden für die Photosynthese genutzt oder von der Erdoberfläche, den darauf befindenden Objekten sowie Wasseroberflächen absorbiert und in Wärme umgewandelt. 

Wie wirken sich die Sonnenstrahlen auf die Atmosphäre aus?

Neben der Reflexion und der Absorption an Partikeln, Wolken und Wasserdampf in der Atmosphäre hat insbesondere die Streuung der einfallenden Sonnenstrahlen einen entscheidenden Einfluss auf die Ausleuchtung der Erdoberfläche und vor allem auf die Farbe des Himmels.

Durch die Streuung des Lichts an atmosphärischen Gasen erfüllt sich der ganze Raum mit Licht (Rayleigh-Streuung) und erhellt diesen ebenfalls durch diffuse kurzwellige Strahlung im blauen Band, dessen Ergebnis der blaue Himmel ist. 

Ohne diese diffuse Streuung würden wir beim Blick ins All ansonsten nur eine schwarze Leere mit einer hellweißen Sonne sehen. Eine zunehmende Trübung der Atmosphäre  z. B. durch Wasserdampf, Staub oder Aerosole verstärkt die Streuung zu Gunsten langwelliger Strahlung mit dem Ergebnis, dass der Himmel trüber wird und grau erscheint (Smog).

Abendrot und Morgenrot beruhen auf den selben physikalischen Ursachen, nämlich der geringeren Beugung von langwelligen roten Strahlen, welche wir bei niedrigem Sonnenstand noch sehen können, im Gegensatz zu den abgelenkten (ausgefilterten) kurzwelligeren blauen Strahlen.

Die Erde ist kein Treibhaus!

Es bleibt festzuhalten, dass wir nicht unter einer Glocke leben. Der „Himmel“ ist in erster Linie eine optische Erscheinung und kann Energie in Form von Wärmestrahlung – unabhängig von Richtung oder Wellenlänge - nicht wie eine feste Hülle zurückhalten (vgl. Temperatursturz in kalten Nächten).

Erwärmte Materie gibt Energie grundsätzlich auf die selbe Weise ab, wie sie aufgenommen wurde: durch die Aussendung elektromagnetischer Strahlung. Insgesamt wird  täglich etwa gleich viel Energie von der Erde in den Weltraum abgegeben, wie zuvor auf die Erde eingestrahlt ist. Wäre dem nicht so, würde sich die Erde kontinuierlich sehr schnell erwärmen, denn die sich Energiemengen sind enorm, wie im Folgenden gezeigt wird.

Die latente Wärme in der Atmosphäre ist dabei im Wesentlichen im Wasserdampf gespeichert. 

Wie viel Energie strahlt die Sonne pro Stunde auf die Erde?

Aufgrund der kugelförmigen Gestalt der Erde wird ihre Oberfläche nicht überall gleich stark bestrahlt. Die höchste Einstrahlung erfolgt in Äquatornähe, die geringste an den Polen. Unter der allgemeinen Annahme, dass etwa 30 % der einfallenden Strahlungsenergie direkt wieder in das Weltall reflektiert werden (Albedo), verbleiben für die Erwärmung im Mittel rund 956 W/m² übrig.

Für die Berechnung der insgesamt einstrahlenden Energie wird als wirksame Fläche eine Kreisfläche (Querschnitt) mit dem Durchmesser der Erde angenommen. Die tatsächliche Erdoberfläche ist jedoch viermal größer. Aus diesem Grunde wird die mittlere solare Einstrahlung von 956 W/m² durch den Faktor 4 geteilt. Daraus ergibt sich eine theoretische mittlere Einstrahlung von etwa P_E = 240 W/m².

Die Oberfläche der Erde A_E beträgt 5,067*10¹⁴ m². Diese Fläche A_E multipliziert mit P_E = 240 W/m² ergibt eine einstrahlende Leistung von 1,216*10¹⁷ W. In einem Jahr (8.760 h) beträgt der Energieeintrag damit 1,216*10¹⁷ W * 8.760 h = 1,065*10²¹ Wh bzw. 3,835*10²⁴ Ws = 3,835*10⁶ Exajoule. Pro Stunde beträgt der durchschnittliche Energieeintrag von der Sonne auf die Erde damit 3,835*10⁶ / 8.760 h = etwa 438 Exajoule.  

Zum Vergleich:

Die stündlich auf der Erdoberfläche ankommende Energiemenge durch die Sonnenstrahlung entspricht damit etwa 68 % des weltweiten jährlichen Primär-Energieverbrauchs von knapp 650 Exajoule (Jahr 2024). Der von der gesamten Menschheit zusätzlich verursachte Energieeintrag in die Atmosphäre ist damit marginal.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass es an ein Wunder grenzt, dass sich die Erdoberfläche bzw. die Troposphäre trotz des täglichen enormen Energieaustausches nicht kontinuierlich aufheizt, aber auch nicht zu stark abkühlt. Diese Zahlen zeigen auch sehr deutlich auf, welchen geringen Einfluss der Mensch, realistisch gesehen, auf das Klima nehmen bzw. die gesamte Menschheit aktiv ausüben kann.  

Wieviel Prozent der einstrahlenden Sonnenenergie wird in Wind umgewandelt?

Nur etwa 1-2 % der global eingestrahlten Sonnenenergie werden in kinetische Energie strömender Luftmassen umgewandelt. Ein großer Teil dieser Energie verbleibt bei der vertikalen Konvektion oder wird durch Wellen und Reibung dissipiert. Für die horizontalen Windströmungen verbleibt global nur 0,5-1 %.

Und genau diesem vergleichsweise kleinem Anteil geht es bei der Nutzung der Windenergie an den Kragen. Die daraus resultierenden klimatischen Auswirkungen sind bereits sichtbar - werden aber aus ideologischen Gründen totgeschwiegen. 

Weitergehende und detailliertere Informationen zur Problematik des Energieentzuges aus dem troposphärischen System und der Auswirkungen auf die Windströmungen sowie zum globalen Wasserkreislauf finden Sie im Buch:

Windwahn - Der Windwahn und seine klimatischen Konsequenzen.