Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 22

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Sonne

Unabhängig ob die solare Strahlung als thermische Energie genutzt oder elektrischer
Strom erzeugt wird, die primäre Energiequelle ist die Sonne. Hierzu wird zunächst die
Art der Energiefreisetzung in der Sonne behandelt. Im Rahmen der ingenieurmäßigen
Behandlung der Sonne als Quelle genügt eine Betrachtung der Sonne als Strahlungsquelle,
deren technisch nutzbare Größe von mehreren Faktoren abhängt.
Die solare Strahlung besitzt ein Spektrum, das vom ultravioletten über den sichtbaren
bis zum infraroten Anteil reicht, um bei etwa 3 µm vernachlässigbar kleine Werte anzu-
nehmen. Im Unterschied haben die thermischen Strahler Spektren, deren Intensität im
Wesentlichen unterhalb von 3 µm mit Maxima um etwa 7-10 µm zu suchen ist. Die Wel-
lenlängen abhängigen Beeinflussungen beim Durchtritt durch die Atmosphäre werden
aufgezeigt. Die Wellenlängen abhängigen optischen Eigenschaften von technischen Ober-
flächen werden in einem späteren Kapitel behandelt.
Die direkt von der Sonne kommende Strahlung ist gerichtet. An einem terrestrischen
Standort ergeben sich daher Winkelabhängigkeiten der Einstrahlungsrichtung als Folge
des Ortes, der Drehung der Erde um die Sonne und um sich selbst. Auf dem Weg der Strah-
lung durch die Atmosphäre zu einem beliebigen terrestrischen Standort wird die Strahlung
durch Absorptionen und Streuung geschwächt. Die gestreute Strahlung ist nicht verloren.
Zum Teil erreicht sie als diffuse Strahlung die Erdoberfläche und addiert sich dort zu der
direkt von der Sonne kommenden Einstrahlung. Während die direkte Strahlung mit der
Richtung Erde/Sonne auftrifft, kommt die diffuse Strahlung mehr oder minder aus allen
Himmelsrichtungen an. Diese offensichtlichen Abhängigkeiten der Winkelverteilungen
von den Tages- und Jahreszeiten sind heraus zu arbeiten.
Die Abhängigkeiten der Einstrahlungsleistungen von Witterungseinflüssen müssen sta-
tistisch behandelt werden. Zusammen mit den Winkelfunktionen ergibt sich daraus die
Möglichkeit, Einstrahlungssummen über bestimmte Zeitabschnitte oder zum Beispiel als
Jahressumme abzuschätzen. Den Abschluss dieses Abschnittes bildet eine Beschreibung
der Energiebilanz der Erde aufgeteilt in die kurzwellige Einstrahlung von der Sonne aus-
gehend und in die langwelligen Bilanzanteile von der Erde ausgehend.