Einfluss der Konzentration auf solarthermische Systeme - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 94

Abb. 3.7 Schematische Dar-
stellung des Spektrums der
solaren Einstrahlung ( linke
Kurve ) und eines schwar-
zen Strahlers mit T = 473 K
(200 °C) und T = 373 K
(100 °C). Die Spektren sind
auf den Maximalwert des
solaren Spektrums mit dem
Air-Mass-Faktor AM = 2
(Trübung entsprechend der
doppelten Atmosphäre) mit
i max = 1215 Wm −2 μm −1 bezogen

der Wärmeübergangskoeffizient bei Konvektion k konv, A − Gl = α konv, A − Gl in Gl. (3.8) angesetzt.
Nähere Details zur Berechnung des konduktiven und konvektiven Wärmetransports wer-
den in den Kap. 4 beziehungsweise 5 diskutiert.
Trifft die Annahme kleiner Temperaturdifferenzen ( T A − T U ) nicht mehr zu (, die zu
Gl. (3.5) und weiterhin zur Bedingung k A − U ≠ f ( T A − T U ) führt), wird der Wirkungsgradaus-
druck üblicherweise um einen quadratischen Verlustterm erweitert, wie es in der Gl. (3.9)
dargestellt ist (Frei et al. 1995 ):

− 1
i

∗
ges

T U ) 2 ] . η = ατ [ k · ( T A − T U ) + k 1 ( T A −

(3.9)

Hierbei wird meist noch die Konstante c 0 an Stelle von ατ eingeführt. Damit steigt der Wir-
kungsgrad mit der Intensität der Einstrahlung auf den Absorber und sinkt mit wachsender
Temperaturdifferenz ( T A − T U ).
Der Wärmeaustausch bzw. die Wärmeverluste durch Strahlung zwischen dem Absorber
und der Glasplatte sinken mit den Emissionskoeffizienten ε (s. Gln. (3.6) bzw. (3.7)). Für
Glas gilt jedoch ε G l ≈ 1. Folglich muss der Emissionskoeffizient der Absorberoberfläche im
Bereich der langwelligen Wärmestrahlung klein gehalten werden. Die gleiche Oberfläche
absorbiert die solare Strahlung. Sie muss daher gegenüber der kurzwelligen Solarstrahlung
ein hohes Absorptionsvermögen aufweisen.
Die Abb. 3.7 zeigt die spektralen Verteilungen der solaren Strahlung und der Wärme-
strahlung eines schwarzen Strahlers bei 100 °C bzw. 200 °C. Die beiden Spektren über-
decken im Wesentlichen unterschiedliche Bereiche. Daraus erklärt sich die Zuordnung in
einen kurzwelligen, solaren Bereich und in einen langwelligen Bereich der Wärmestrah-
lung. Im kurzwelligen Bereich der Solarstrahlung, das heißt im sichtbaren und nahem in-
frarot bis ca. 3-5 μm, sollte das Absorptionsvermögen des Absorbers α gegen eins gehen
( α →1), um die einfallende Strahlung möglichst effizient aufzufangen. Die gleiche Absor-
berfläche sollte gleichzeitig aber eine geringe Wärmeabstrahlung (Emission ε ) aufweisen,
das heißt ε →0. Eine Oberfläche mit diesem Verhalten wird als „optisch selektiv“ bezeich-