Civil Engineering Reference
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Ein wichtiger Aspekt des Strahlungsspektrums sollte im Hinblick auf die Entwicklung
Solarstrahlung einsammelnder Absorber nicht vergessen werden. Mit steigender Tempe-
ratur des Absorbermaterials steigt inhärent dessen Wärmeabstrahlung in den Außenraum
zurück. Ein Teil der zuvor absorbierten Leistung wird damit schon in einem Wellenlängen-
bereich emittiert, der dem der Quelle entspricht. Daher müssen bei hohen Absorbertem-
peraturen konstruktive Maßnahmen ergriffen werden, um diese unerwünschte Wärme-
abstrahlung im infraroten Spektrum zu reduzieren.
2.3.4
Schwächungsmechanismen in der Atmosphäre
Die direkte Einstrahlung wird auf dem Weg durch die Atmosphäre geschwächt durch
• Absorption und
• Streuung.
Als Streumechanismen treten prinzipiell zwei verschiedene Typen auf, die Rayleigh-Streu-
ung und die Mie-Streuung.
Die Abb.
2.8
zeigt nochmals das extraterrestrische Spektrum als Funktion der Wellen-
länge λ in [nm]. Zum Vergleich ist jetzt aber auch das Spektrum nach dem Durchgang
durch die Atmosphäre als Linie eingezeichnet. Deutlich zu erkennen ist, dass ein großer
Teil der extraterrestrischen Strahlung die Atmosphäre im nahen infraroten (IR) Bereich
nicht durchdringt. Die Strahlungsbilanz wird also maßgeblich durch Absorptions- und
Streuprozesse beeinflusst. Hier muss zwischen einzelnen Prozessen unterschieden werden,
die im Anschluss detaillierter erklärt werden:
Absorptionen
Die Abb.
2.8
zeigt die direkte normale Einstrahlung als Funktion der Wel-
lenlänge unter Einbeziehung der Atmosphäre. Durch die in der Atmosphäre vorhandenen
Gase
CO
2
,
O
2
und Ozon (
O
3
) sowie Wasserdampf erfolgt eine Absorption. Die Absorption
von Ozon im ultravioletten Bereich fällt energetisch nicht ins Gewicht, ist jedoch für das
Leben auf der Erde von großer Bedeutung. Deutlich treten Verluste im infraroten Bereich
durch Absorptionen an Wasserdampf bei Wellenlängen von 930, 1120, 1400 und 1850 nm
auf. In klimatischen Zonen mit hohem Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre muss dies
berücksichtigt werden. Im Weiteren gibt es auch Absorptionen durch Sauerstoff und Ozon
im Infrarotbereich. Während der Anteil des extraterrestrischen Spektrums für Wellenlän-
gen λ > 2.5 µm bei 5 % liegt, sinkt er durch die Absorption an Wasserdampf und
CO
2
auf
sehr kleine Werte. Die Abschwächung der Strahlung durch Absorption wird durch einen
Transmissionsfaktor
D
AM
AB
beschrieben (
AM
-Air Mass-Faktor = Luftmassenkörper).
Streuung
Die Rayleigh-Streuung findet an Molekülen der Atmosphäre statt. Sie bewirkt
die Blaufärbung des Himmels und erfolgt an Teilchen, die sehr viel kleiner als die Licht-
wellenlänge sind. Die Streuintensität ist wellenlängenabhängig und skaliert mit:
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