Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 171

Abb. 4.26 Schematische Darstellung der Reflexion an einer ideal spiegelnden a , an einer ideal dif-
fusen b und an einer realen, gemischt reflektierenden Oberfläche c

Undurchsichtige Körper lassen keine Strahlung durch, so dass für deren Transmissions-
koeffizienten τ = 0 gilt. Abhängig vom Körper kann die Strahlung an der Grenzfläche in
unterschiedlichem Maß reflektiert werden. Diese Reflexion an der Oberfläche kann spie-
gelnd oder diffus sein, wie die Abb. 4.26 skizzieren. Wenn der Winkel zwischen Flächen-
normalen und dem einfallenden Strahl dem Winkel des ausgehenden Strahls und Flächen-
normalen entspricht (Einfallswinkel = Ausfallswinkel), so handelt es sich um eine spiegeln-
de Reflexion. Bei einer idealen diffusen Reflexion wird die reflektierte Strahlung isotrop in
der Intensität in alle Richtungen im Halbraum über der reflektierenden Fläche verteilt (ver-
gleiche Abb. 4.26 b). Reale Oberflächen reflektieren weder ideal spiegelnd noch ideal diffus
und es ergibt sich eine raumabhängige Reflexion, wie die Abb. 4.26 c illustriert. Gut polierte
Oberflächen kommen dem Idealfall mit einem spiegelnden Reflexionsverhalten sehr nahe,
während sehr raue Oberflächen zu einer homogenen diffusiven Reflexion tendieren.

4.4.2 Kirchhoff'sches Strahlungsgesetz

Zur Ableitung des Kirchhoffschen Strahlungsgesetzes wird zunächst angenommen, dass
sich ein Körper in einem Hohlraum der Temperatur T befindet. Der Körper soll sich im
thermischen Gleichgewicht mit dem Hohlraum befinden. Wenn sich die Hohlraumwände
nach innen wie ein perfekter schwarzer Strahler verhalten, emittieren sie entsprechend der
Gl. (4.107) eine Strahlung E s in Richtung des schwarzen Körpers. Im Gleichgewichtszu-
stand hat ein schwarzer Körper für t →∞ die gleiche Temperatur wie die Hohlraumwände.
Die auftreffende Strahlung am Ort des schwarzen Körpers mit der Fläche A ist damit ˙ A .

Der schwarze Körper sendet im Temperaturgleichgewicht eine Strahlung ebenfalls nach
Gl. (4.107) aus, die sich aus dem Produkt E s · A ergibt. Nach Maßgabe der Energieerhaltung
muss die Leistung, die der Körper absorbiert, seiner emittierten Leistung entsprechen, so
dass gilt:

q ·

E s A = ˙ q · A.

(4.109)