Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 57

Abb. 2.29 Tagessummen-
intensität und zeitintegrierte
Jahreseinstrahlung auf eine
ebene horizontale Fläche als
Funktion des Breitengra-
des Φ, Ekliptikschiefe 23°.
(Gerthsen et al. 1995 )

2.3.9 Einstrahlungsrichtung auf nachgeführte Flächen

Entsprechend der Abb. 2.15 sinkt die Einstrahlungsleistung auf eine Fläche mit zuneh-
mendem Auftreffwinkel θ Z . Für die technische Nutzung der Solarenergie kann es daher
vorteilhaft sein, die Kollektorfläche dem veränderlichen Sonnenstand nachzuführen. Bei
idealer zweiachsiger Nachführung trifft die Strahlung stets senkrecht auf den Kollektor auf
und es ergibt sich für den Auftreffwinkel θ Z stets:

cos ( θ Z ) = 1 .

(2.56)

Allerdings ist eine zweiachsige Nachführung technisch sehr aufwendig. Daher werden in
der Regel Solarkollektoren zumeist nur einachsig nachgeführt. Die bevorzugten Nachführ-
achsen verlaufen in Nord/Süd- oder Ost/West-Richtung. Eine dritte Variante ist die polare
Nachführung mit einer Achse parallel zur Erdachse. Eine detaillierte Analyse der Abb. 2.19
lässt erste Abschätzungen zu einer sinnvollen Steuerung des Nachführwinkels zu.
In diesem Zusammenhang muss für die Auslegung einer thermischen Solaranlage der
Bedarf an Exergie (z. B. Prozesswärme) mit dem Bedarf des angeschlossenen Arbeitspro-
zesses in Bezug auf seine Nutzungszeit beispielsweise der täglichen Betriebszeit verknüpft
werden. Dies erfordert eine Nachführung nur innerhalb des Zeitraums, in dem der Bedarf
abgefragt wird, und begrenzt den Nachführaufwand nicht unerheblich. Bei einer perma-
nenten Nachführung um die Ost/West-Achse trifft die Direktstrahlung auf den Kollektor
mit dem Winkel  O/W :

= (1 − cos 2 δ sin 2 ω ) 1 / 2 . cos θ O/W

(2.57)
Die einzustellende Neigung der Kollektorfläche  O/W ergibt sich damit aus Gl. (2.58):

tan β O/W = tan ( θ Z ) · | cos γ S | ,

(2.58)

in der der Azimutwinkel der Sonne γ S enthalten ist. Für den Azimutwinkel γ S gilt:

= sin cos ω

− cos tan δ
sin ω

= cos δ sin ω
sin θ Z

ctgγ S oder sin γ S .

(2.59)