Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 29

Auf dem Weg durch die Atmosphäre wird die Strahlung teilweise absorbiert und ge-
streut. Die Streuprozesse reduzieren die direkt aus der Richtung der Sonne auf den Boden
treffende Strahlung. Die gestreute Strahlung erreicht zum Teil als diffuse Strahlung den
Boden. Beide Anteile addieren sich zur globalen Einstrahlung i glob :

i glob

= i dir + i diff . (2.10)

Hierbei bezeichnet i glob die globale Einstrahlung pro Quadratmeter (m 2 ), i dir die direkte
Einstrahlung pro m 2 aus der Richtung der Sonne und i diff die flächenspezifische diffuse
Einstrahlung.
Absorption und Streuung hängen stark von der atmosphärischen Situation und damit
der Wetterlage ab. Die daraus resultierenden Schwankungen der terrestrischen Strahlungs-
dichte übertreffen die Schwankungen der extraterrestrischen Einstrahlung bei weitem. Für
ingenieurmäßige Auslegungsrechnungen genügt es daher vollkommen, die extraterrestri-
sche Einstrahlung als zeitunabhängigen Wert anzusetzen.
Aufgrund des atmosphärischen Einflusses ist die tatsächlich auf die Erdoberfläche
eintretende Strahlungsleistung geringer als die Solarkonstante. In Mitteleuropa werden
maximale Werte um 1000 W/m 2 erreicht. Die Jahressumme der Globalstrahlung liegt in
Deutschland zwischen 900 kWh/m 2 im Norden und etwa 1200 kWh/m 2 im Südwesten. Im
äquatorialen Sonnengürtel werden dagegen Werte bis 2500 kWh/m 2 erreicht (vergleiche
hierzu Abbildungen Abb. 2.46 und 2.48 ).

2.3.3 Spektrum der extraterrestrischen Strahlung

Bei einem mittleren Abstand der Erde von der Sonne mit R S → E = 1.496 · 10 11 m und der So-
larkonstanten nach Gl. (2.7) mit i SC = 1.367 kW/m 2 lässt sich die Gesamtstrahlungsleistung
mit der Gl. (2.9) ermitteln. Damit ergibt sich eine mittlere Strahlungsdichte der Sonne von
i Sonne = Φ/(4 · π · R 2 ) = 6.311 · 10 7 W/m 2 , wobei R der Sonnenradius mit R = 6.9626 · 10 9 m ist.
Unter Nutzung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes, das in der Gl. (2.11) formuliert ist,
kann man angeben, welche Strahlungsleistung Φ ein „schwarzer Körper“ der Fläche A und
der absoluten Temperatur T emittiert. Bei Kenntnis der Strahlungsleistung Φ der Sonne
aus Gl. (2.9) kann man daher unter Annahme, dass die Sonne ein „schwarzer Strahler“ ist,
deren Oberflächentemperatur angeben.

T 4 , (2.11)

wobei σ die Stefan Boltzmann-Konstante ist mit σ = 5.6704 · 10 −8 W/(m 2 K 4 ). Es ergibt sich
für die Sonnenoberflächentemperatur ein Wert von T Sonne = 5776 K.
Das zuvor dargestellte, vereinfachte Bild des Sonnenaufbaus genügt bereits, um zu er-
klären, dass sich die von der Sonne in den Weltraum emittierte Strahlung aus mehreren
Komponenten zusammensetzt. Dies bedeutet die Solarstrahlung verfügt über ein Spek-
trum, das nur annähernd dem eines „schwarzen Strahlers“ mit einer Temperatur von

= σ · A ·