Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 30

Abb. 2.5 Spektrum
der Solarstrahlung φ als
Funktion der Wellenlänge
λ extraterrestrisch aus Mes-
sungen und zum Vergleich
das Spektrum eines schwar-
zen Strahlers mit 5776 K,
beide über der Wellenlänge
aufgetragen. Die Intensität
des schwarzen Strahlers
wurde um den Faktor
( r Sonne / r S → E ) 2 = 2.165 · 10 -5
reduziert. Der sichtbare
Bereich liegt zwischen den
Wellenlängen λ = 0.38 µm
und λ = 0.78 µm

T = 5776 K entsprechen kann. Das reale extraterrestrisch auf die Erde treffende Spektrum
der solaren Einstrahlung zeigt die Abb. 2.5 . Es überdeckt folgende Wellenlängenbereiche:

• ultraviolett mit λ < 380 nm mit einem Energieanteil von 6.4 %
• sichtbar mit 380 < λ < 780 nm mit einem Energieanteil von 48 %
•

infrarot mit λ > 780 nm mit einem Energieanteil von 45.6 %.

Der sichtbare Teil erklärt sich mit der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Au-
ges. Die Integration der spezifischen spektralen Einstrahlungsdichte über die einzelnen
Wellenlängen liefert den Energieinhalt der einzelnen Anteile. Im Ergebnis ist damit für eine
solarthermische Nutzung der infrarote Anteil der Solarstrahlung von gleicher energetischer
Bedeutung wie der Bereich des sichtbaren Lichts.
Das solare Strahlungsangebot besitzt nach Gl. (2.4) ein hohes Exergieangebot. Es muss
also ein Bestreben sein, die Solarenergie bei möglichst hoher Temperatur einzusetzen.
Dem steht entgegen, dass die Leistungsdichte extraterrestrisch mit ca. 1.37 kW/m 2 nicht
sonderlich hoch ist. Vielmehr entspricht sie einem schwarzen Strahler (Stefan-Boltzmann-
Gesetz) mit bereits T ≈ 121 °C (394.2 K) und einem Emissionskoeffizienten von ε = 1.
Das Stefan-Boltzmann-Gesetz macht eine Aussage über die von einem schwarzen
Körper auf allen Frequenzen insgesamt abgegebene Strahlungsleistung. Die Aufteilung
auf einzelne Frequenzen (bzw. Wellenlängen) wird vom Planck'schen Strahlungsgesetz
beschrieben. Ein realer Körper kann bei keiner Wellenlänge mehr thermische Strahlung
emittieren als ein „schwarzer“ Körper, der daher eine ideale thermische Strahlungsquelle
darstellt. Da das Spektrum des schwarzen Körpers außerdem von keinen anderen Parame-
tern als der Temperatur abhängt, insbesondere von keinen Materialeigenschaften, stellt er
eine für zahlreiche Zwecke nützliche Referenzquelle dar.