Die Sonneneinstrahlung ist ein Maß für die Menge an Sonnenenergie, die eine Oberfläche erreicht, oder die Einstrahlung auf einer bestimmten Oberfläche im Laufe der Zeit. Die fragliche Oberfläche kann alles sein, was dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, von einem bestimmten Objekt oder Ort auf der Erde über kleine Weltraumobjekte wie künstliche Satelliten bis hin zur Oberfläche eines ganzen Planeten. Die Sonneneinstrahlung eines bestimmten Gebietes der Erde hängt von seiner Entfernung vom Äquator, seinen Wetterbedingungen sowie der Tages- und Jahreszeit ab. Sie ist für den Fortbestand des Lebens auf der Erde unerlässlich, da Pflanzen zum Überleben auf die Energie der Sonne angewiesen sind und ein wichtiger Faktor beim Bau und Standort von Anlagen zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie sind.
Üblicherweise in Watt pro Quadratmeter gemessen, wird die durchschnittliche Sonneneinstrahlung einer Fläche über längere Zeiträume oft in Kilowattstunden pro Quadratmeter pro Tag angegeben. Das Watt ist die metrische Standardeinheit für Leistung oder Energie im Zeitverlauf; Ein Watt Leistung entspricht einem Joule Energie pro Sekunde. Eine Kilowattstunde, ein Begriff, der am häufigsten in Bezug auf die Stromerzeugung verwendet wird, ist genug Energie, um eine Leistung von 1,000 Watt für eine Stunde oder 3,600,000 Joule (3.6 Megajoule) zu erzeugen.
Je direkter eine Fläche der Sonne zugewandt ist, desto höher ist ihre Sonneneinstrahlung. Die maximale Sonneneinstrahlung wird erzeugt, wenn das Sonnenlicht in einem 90-Grad-Winkel einfällt. Die Sonneneinstrahlung nimmt ab, wenn der Winkel kleiner wird, da ein kleinerer Winkel die gleiche Strahlungsenergie über einen größeren Bereich verteilt. Deshalb ist der Bereich um den Erdäquator, der das direkteste Sonnenlicht erhält, der wärmste Teil der Erde und die Polarregionen sind die kältesten. Es verursacht auch den Wechsel der Jahreszeiten, denn die geneigte Erdachse bedeutet, dass sich der Einfallswinkel des Sonnenlichts, das einen bestimmten Teil des Planeten erreicht, im Laufe des Jahres ändert. Dies ist auch der Grund, warum die Temperatur an einem bestimmten Tag um die Mittagszeit, wenn die Sonne am höchsten Punkt am Himmel steht, ihren Höhepunkt erreicht und dann sinkt, wenn die Sonne später am Tag näher am Horizont sinkt.
Die gesamte Sonneneinstrahlung der äußeren Erdatmosphäre durch direkte Sonneneinstrahlung beträgt im Jahresdurchschnitt etwa 1,366 Watt pro Quadratmeter in einem Winkel von 90 Grad, der Großteil davon in Form von sichtbarem Licht. Durch die Abschwächung des Sonnenlichts beim Durchtritt durch die Atmosphäre reduziert sich dieser bis zum Erreichen der Erdoberfläche auf etwa 1,000 Watt pro Quadratmeter im 90-Grad-Winkel. Diese Zahl sinkt stetig, wenn sich eine Person in höhere Breiten bewegt, und nimmt zu Tageszeiten weiter ab Sonnenmittag ab, bis sie nachts fast auf Null sinkt. Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung der Erde als Ganzes im Jahresverlauf beträgt rund 250 Watt pro Quadratmeter.
Gebiete auf ähnlichen Breiten können aufgrund lokaler Faktoren immer noch erhebliche Unterschiede in der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung aufweisen. Die Sonneneinstrahlung eines Gebiets kann durch atmosphärische Bedingungen, die das Sonnenlicht stören, wie Wolken oder atmosphärischer Dunst, weiter verringert werden. In höheren Lagen nimmt die Sonneneinstrahlung zu, da weniger Atmosphäre für die Sonneneinstrahlung vorhanden ist, die sie durchdringen und gedämpft werden kann. Messungen der Sonneneinstrahlung an verschiedenen Orten können zusammengestellt werden, um eine spezielle Karte zu erstellen, die als Sonneneinstrahlungskarte bezeichnet wird.
Die Solarstromerzeugung hängt stark von der Sonneneinstrahlung ab. In ariden oder semiariden Regionen befinden sich üblicherweise Solarkraftwerke, um Störungen der Sonneneinstrahlung durch Wolkenbedeckung zu minimieren, und werden nach Möglichkeit in größeren Höhen gebaut. Photovoltaik-Solarmodule werden in Winkeln montiert, damit das einfallende Sonnenlicht möglichst in einem Winkel von 90 Grad auf sie trifft, um die empfangene Leistung zu maximieren. Der optimale Winkel dafür variiert je nach geografischer Lage und Jahreszeit.
Die Sonneneinstrahlung einer Fläche kann auch bei der Gestaltung von Gebäuden genutzt werden. Zum Beispiel lassen große Fenster auf der dem Äquator zugewandten Seite eines Gebäudes im Winter, wenn die Sonne tief steht, mehr Licht und Wärme ein und im Sommer vergleichsweise weniger, wenn sie hoch am Himmel steht. Dies mildert saisonale Temperaturextreme im Inneren des Gebäudes, macht es komfortabler und reduziert den Energiebedarf für Heizung oder Klimatisierung.