Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 55

Abb. 2.26 Jahresgang
der täglichen maximalen
Intensität der extraterrestri-
schen Sonnenstrahlung i extra
in kW/m 2 für verschiedene
geographische Breiten Φ;
Aufstellrichtung: Süden;
Neigungswinkel: β = 45°
Bei der technischen Auslegung eines Kollektors spielt der Maximalwert der Einstrah-
lungsleistung eine ausgezeichnete Rolle. Je höher dieser Wert ist, desto mehr steigt die Tem-
peratur des Kollektors und damit die gewinnbare Exergie (vgl. Kap. 1 Gl. 1.5). Auch der
erzielbare Wirkungsgrad einer thermischen Nutzung wächst. Gleichzeitig erhöhen sich mit
steigenden Temperaturen der apparative Aufwand und die Wärmeverluste in den nachge-
schalteten Komponenten, so dass sich automatisch ein Optimierungsproblem ergibt.
Die Abb. 2.26 zeigt die extraterrestrische Einstrahlungsleistung einer um β = 45° ge-
neigten Empfängerfläche für verschiedene geographische Breiten Φ der Nordhalbkugel.
Am Äquator (Φ = 0°) ergeben sich im Winter Maximalwerte der Einstrahlungsintensität
während sich an den Polkappen die solare Einstrahlungsleistung nur auf den Sommer be-
schränkt. Im polaren Winter der Nordhalbkugel ist auf Grund der Polarnacht keine Ein-
strahlung vorhanden und die Einstrahlungsleistung geht gegen null.
Dies schlägt sich auch in den erzielbaren Jahresgang der Tagessummen nieder, den die
Abb. 2.27 zeigt. Bemerkenswert ist, dass die Tagesumme bei einer Neigung von β = 45°
ohne Nachführung bei einer geographischen Breite von Φ = 45° nur wenig variiert. Zudem
sind die jahreszeitlich bedingten Schwankungen der Tagessummen dort erheblich geringer
als beispielsweise nahe des Äquators.
In der Abb. 2.28 ist der Jahresgang der Tagessummen der Intensität der extraterrestri-
schen Sonnenstrahlung für die geographischen Breiten Φ = 38° (Athen) und Φ = 51° (Köln)
für den Fall dargestellt, dass die Kollektorfläche sowohl in Aufstellrichtung und auch dem
Neigungswinkel β immer dem erreichbaren Intensitätsmaximalwert nachgeführt wird. Ein
Vergleich der Tagessumme aus Abb. 2.28 mit der eines starren Kollektors (vergl. Abb. 2.25 )
zeigt, dass eine erhebliche Verbesserung vor allem im Winter zu erzielen ist. Hier lassen
sich bis zu einem Faktor vier (!) höhere Erntewerte erzielen. Im Sommer ist der Unter-
schied geringer aber mit einem Faktor zwei gegenüber einem starren Kollektor immer
noch beachtlich.