Die rund 150 Mio. km von der Erde entfernte Sonne ist ein riesiger Kernfusionsreaktor in dem Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Die bei dieser Fusion freiwerdende Energie wird in Form von elektromagnetischer Strahlung ins All ausgesendet.
Am äußeren Rand der Erdatmosphäre beträgt die Strahlungsleistung, welche 1982 als Solarkonstante festgelegt wurde, rund 1.365 W/m² (senkrecht auftreffend).
Die Erdkugel wird aber nicht gleichmäßig bestrahlt, weshalb im globalen Jahresmittel nur ca. 342 W/m² auf der Erde ankommen.
Aber auch diese Strahlungsenergie ist mit 173 Millionen GW pro Stunde noch gewaltig und es stellt sich die Frage, warum wir auf der Erde noch so viel zusätzliche fossile Energie zur Wärmeerzeugung benötigen?
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. Rund 51 % der einfallenden Strahlung dienen der Photosynthese oder werden von der Erde absorbiert und insbesondere die kurzwellige Strahlung in Wärme umgewandelt (Die Strahlungsenergie regt die Atome zur Bewegung an).
Wir kennen alle die angenehme Wärme im Frühling, wenn die Sonne auf die Haut strahlt, aber auch das Gefühl, wie schnell es kühl werden kann, wenn die Sonne von einer Wolke verdeckt wird. Erwärmte Gegenstände geben die Energie aber auch wieder über die Aussendung von Strahlung ab. 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 aufheizen.
Dass dies – trotz der täglich ausgetauschten Energiemenge von rund 4.156 Millionen Gigawatt (4.156.000.000 GW) – nicht passiert, grenzt eigentlich an ein Wunder.
Es sind insbesondere die unteren Schichten der Troposphäre, und hier insbesondere der Wasserdampf, welcher ein schnelles Abkühlen der Erde verhindert. Je nach Temperatur kann die Luft bis zu 30 g/m³ unsichtbaren Wasserdampf enthalten. Der Wasserdampf kommt durch Verdunstung in die Atmosphäre. Hierbei wird eine enorme Wärmemenge in der Atmosphäre gespeichert. Mit der in der Atmosphäre gespeicherte Wassermenge von ca. 13.000 km³ ergibt sich diese latente Wärme zu 32.000 Exajoule was der Energiemenge von 73 Stunden Sonnenbestrahlung entspricht.
Diese Wassermenge ist aber nicht gleichmäßig über die Erde verteilt. Im Bereich des Äquators ist die Wassermenge am höchsten. Aus diesem Grunde sind dort die Temperaturen das ganze Jahr über nahezu konstant. In den Wüsten dagegen ist der Wasserdampfgehalt sehr niedrig, weshalb es dort tagsüber sehr heiß wird (Verdunstungskälte fehlt) und nachts stark abkühlt.
Näheres hierzu auf der Seite "Wie das Wetter funktioniert".
Es sollte also das Ziel sein, möglichst viel von der Strahlungswärme, welche wir gewissermaßen gratis bekommen, direkt thermisch für die Warmwassererzeugung mittels einfacher Solarkollektoren ohne Einsatz von Wärmepumpen zu nutzen. So könnten große Mengen an fossiler Energie eingespart werden.
Hier liegt ein gigantisches Feld brach.
Insbesondere in Deutschland hat sich leider die Photovoltaik (aufgrund der Förderung) stark verbreitet, mit der aus Sonne erst Strom erzeugt wird und dann mittels Wärmepumpe oder Heizstab dieser Strom wieder in Wärme umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad dieser Lösung ist aber erheblich schlechter als die direkte Nutzung!