Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 170

Abb. 4.25 Schematische
Darstellung des Reflexions-
grades  , des Absorp-
tionsgrades  und der
Transparenz τ eines realen
Körpers

von der Oberfläche reflektiert wird, ist durch den Reflexionsgrad gegeben. Da ledig-
lich eine gleich hohe oder geringere Intensität zurückgestrahlt werden kann, gilt für
den Reflexionskoeffizienten ρ immer ρ ≤ 1. In transparenten Körpern kann ein Teil der
elektromagnetischen (oder Wärmestrahlung) den Körper durchdringen. Diese Trans-
parenz kann mit Hilfe des Transmissionskoeffizienten τ beschrieben werden. τ gibt den
Strahlungsanteil an, der den Körper passiert. Eine Energiebilanz des Flächenelements
in Abb. 4.25 besagt, dass die auf das Flächenelement einfallende Energie ( i · dA ) den
Anteilen entsprechen muss, die das Flächenelement durch Reflexion und Transmission
verlassen und durch Absorption zu einer Erwärmung führen. Geht man von einem ther-
modynamischen Gleichgewicht aus, führt der erste Hauptsatz der Thermodynamik auf
folgende Beziehung:

α ρ τ

= 1 .

+ + (4.108)

Der Absorptionskoeffizient α gleicht in seinem Verhalten dem Emissionskoeffizienten ε.
Beispielsweise absorbiert eine Oberfläche mit einem Emissions- bzw. Absorptionsgrad von
α = 0.5 die Hälfte der einfallenden Strahlung, emittiert jedoch bei gegebener Temperatur
gegenüber einem schwarzen Strahler auch nur die Hälfte der Wärmestrahlung.
Die Wärmeabstrahlung lässt sich durch die Verwendung blanker Metalloberflächen
verringern (Beispiele: Metallschichten an Rettungsdecken und Isoliertaschen, Verspiege-
lung in Thermoskannen und Superisolation). Um die Wärmeabstrahlung eines metalli-
schen Körpers zu erhöhen, der das Licht gut reflektiert, kann man ihn mit einer im rele-
vanten Wellenlängenbereich der Wärmeabstrahlung (Infrarotbereich) „dunklen“, matten
Beschichtung versehen. Technisch wird dies beispielsweise bei der Lackierung von Heiz-
körpern mit Farbe (, die im Infrarotbereich gut Strahlung emittiert,) bei der schwarzen
Eloxierung von Aluminiumkühlkörpern in Computern und elektrischen Geräten oder bei
der Emaillierung von Ofenrohren und Metallöfen genutzt.
Die Relation (4.108) suggeriert, dass es sich bei den Absorptionskoeffizienten α, den
Transmissionskoeffizienten τ und dem Reflexionskoeffizienten ρ um Konstanten handelt.
Dies ist nicht der Fall. Da es sich bei der Wärmestrahlung um eine elektromagnetische
Welle handelt, besitzt die Strahlung ein spektrales Verhalten, das eine Raum-, Wellenlän-
gen- und Temperaturabhängigkeit beinhaltet.