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 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 der Sonnenoberfläche rund 63.000 kW/m². Am äußeren Rand der Erdatmosphäre ergibt sich dadurch eine durchschnittliche Strahlungsleistung von rund 1.365 W/m² (senkrecht auftreffend, 1982 als Solarkonstante E₀ festgelegt). Tatsächlich schwankt die solare Strahlungsleistung aber aufgrund der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne im Bereich von 1.322 W/m² bis zu 1.414 W/m².  
Von der solaren Strahlungsenergie, die in unterschiedlichen Wellenlängen auf der Erde ankommt, werden ca. 19 % bereits durch die Atmosphäre und die Wolken absorbiert. Rund 26 % werden direkt in der Atmosphäre und 4 % von der Erdoberfläche reflektiert und ins All zurückgeschickt (Albedo). Rund 51 % der einfallenden Strahlung von der Sonne dienen der Photosynthese oder werden von der Erdoberfläche bzw. den sich darauf befindenden Objekten und Wasseroberflächen absorbiert und in Wärme umgewandelt. 

Wie wirken sich die Sonnenstrahlen auf die Atmosphäre aus?

Neben der Reflexion und der Absorption an Partikeln und Wasserdampf in der Atmosphäre hat die Streuung der einfallenden Strahlen einen wesentlichen Einfluss auf die Ausleuchtung der Erdoberfläche und insbesondere auf die Farbe des Himmels. Durch Streuung von Licht 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 darstellt. 

Ohne diese diffuse Streuung würden wir beim Blick in das All ansonsten nur eine schwarze Leere mit einer hellweißen Sonne sehen. Eine zunehmende Trübung durch z. B. Wasserdampf und Staub erhöht die Streuung zu Gunsten langwelliger Strahlung mit dem Ergebnis, dass der Himmel trüber wird und grau erscheint (Smog). Abendrot und Morgenrot haben ihre Ursachen in den gleichen 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 also festzuhalten, dass wir unter keiner Glocke leben, sondern der „Himmel“ nur eine Lichterscheinung darstellt, welche Energie als Wärmestrahlung – egal in welcher Form und Richtung - nicht zurückhalten kann (Beispiel Temperatursturz). Erwärmte Materie gibt die Energie auf die gleiche Art ab, wie sie gekommen ist, also auch wieder über die Aussendung von Strahlung. Insgesamt wird also täglich etwa gleich viel Energie von der Erde in das All abgegeben, wie auf die Erde einstrahlt. Wäre dem nicht so, würde sich die Erde kontinuierlich sehr schnell erwärmen, denn die Energiemengen sind gewaltig, wie nachfolgend dargelegt wird.
Die latente Wärme in der Atmosphäre ist im Wesentlichen im Wasserdampf gespeichert. 

Wie hoch ist die stündlich auf die Erde eingestrahlte Energie von der Sonne?

Aufgrund der kugeligen Gestalt der Erde wird die Oberfläche nicht überall gleichmäßig stark bestrahlt. Die höchste Einstrahlung erfolgt im Bereich des Äquators, die geringste an den Polen. Unter der allgemeinen Annahme, dass 30 % der Strahlungsenergie direkt wieder in das Weltall reflektiert wird (Albedo), bleiben für die Erwärmung letztlich nur ca. 956 W/m² übrig.

Für die Berechnung der tatsächlich einstrahlenden Energie wird die Fläche einer Kreisscheibe mit dem Durchmesser der Erde angenommen. Die tatsächliche Erdoberfläche ist aber ca. viermal größer. Aus diesem Grunde wird die durchschnittliche solare Strahlung von 956 W/m² durch den Faktor 4 dividiert, was einer theoretischen Einstrahlung von rund P_E = 240 W/m² entspricht. 
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 Energieeintrag von der Sonne auf die Erde damit 3,835*10⁶ / 8.760 h = rd. 438E xajoule.  

Zum Vergleich:

Die stündlich auf der Erdoberfläche als Strahlung ankommende Energiemenge entspricht damit in etwa 68 % des weltweiten jährlichen Primär-Energieverbrauchs in Höhe 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 gigantischen 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 ca. 1-2 % der eingestrahlten Sonnenenergie wird global in kinetische Energie strömender Luftmassen umgewandelt. Ein großer Teil davon verbleibt bei der vertikalen Konvektion oder wird durch Wellen und Reibung umgesetzt. Für die horizontalen Winde verbleiben davon global nur weniger als 1 %.
Und genau diesem einen Prozent 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.