Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 37

Abb. 2.11 Spektrale
Leistungsverteilung der
Sonneneinstrahlung durch
Rayleigh-Streuung

dem Streukoeffizienten (analog zum Absorptionskoeffizienten), der die Schwächung in
Strahlrichtung durch die Streuung beschreibt, auch eine Streufunktion (Streuindikatrix,
Phasenfunktion). Die letztere beschreibt die Verteilung der gestreuten Strahlung auf die
einzelnen Richtungen des Raumes.

Rayleigh-Streuung Die Rayleigh-Streuung beschreibt die Streuung des Lichts in einer
Sphäre, die nur streuende Teilchen mit einem Durchmesser d enthält, deren Größe sehr viel
kleiner als die Wellenlänge λ ist. Die typische Größenbedingung der Teilchen für elastische
Rayleigh-Streuung lautet; d << 100 · λ, mit λ der Wellenlänge. Die Intensität unpolarisierten
Lichts I der Wellenlänge λ, das an einem kleinen Streuteilchen mit dem Durchmesser d bei
der Rayleigh-Streuung gestreut wird, errechnet sich zu:

2 ·

4 · 6 ∝ 1

λ 4

· 1 + cos 2 θ
2 R 2

n 2 − 1
n 2 + 1

2 π
λ

d
2

,

(2.19)

I = I 0 ·

worin I 0 die Intensität der einfallenden Welle, θ der Streuwinkel, R der Abstand zum
Teilchen und n die Brechzahl des Teilchens wiedergeben. Der Intensitätsverlust durch
Rayleigh-Streuung skaliert damit umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Licht-
wellenlänge.
Die Rayleigh-Streuung erklärt, warum der Himmel blau erscheint. Die Frequenz von
blauem Licht  blau ist rund doppelt so groß wie die des rote Lichts  rot . Damit ergibt sich
für das Verhältnis der Wirkungsquerschnitte σ blau /σ rot :

4 = 4 ≈ 2 4 = 16

σ bla u
σ rot

ω bla u
ω rot

λ bla u
λ rot

.

(2.20)

=

Blaues Licht wird also rund 16-mal stärker in der Atmosphäre gestreut als rotes Licht. Das
Maximum der von der Sonne abgestrahlten Leistung liegt nach dem Planckschen Strah-
lungsgesetz bei grün (ca. 550 nm), wie die Abb. 2.11 illustriert. Durch die Rayleigh-Streu-
ung verschiebt sich die Leistungsverteilung des Streulichtes, entsprechend der Gl. (2.19)