Sonne - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 78

Abb. 2.54 Extraterrestrisches
Solarspektrum der Gesamt-
leistung I = 1.35 W/m 2 bezogen
auf den Maximalwert von
I max = 2074 Wm −2 µm −1 ; rechte
Kurve : Spektrum eines schwar-
zen Strahlers der Temperatur
von 45 °C und eine Gesamt-
strahlungsleistung von
600 W/m 2 bezogen auf den
Maximalwert des Spektrums
mit I max = 43 Wm −2 µm -1

(Rückstrahlung) tritt praktisch nicht auf. In der Troposphäre zwischen 0 und 17 km Höhe
hingegen kommt es durch Absorption zu vielfältigen Absorptions- und Streuprozessen,
deren prozentualer Anteil im kurzwelligen Bereich zum Teil erheblich ist. Diese deutliche
Unterscheidung zwischen der kurzwelligen solaren Einstrahlung und langwelligen ther-
mischen Abstrahlung erleichtert die Bilanzierung erheblich.
Um die Begriffe kurz- und langwellig, solare Strahlung und Wärmestrahlung zu
verdeutlichen, sind die Spektren der Sonne und eines schwarzen Strahlers bei 45 °C
schematisch in Abb. 2.54 dargestellt. Sie verdeutlicht die vernachlässigbare Überschnei-
dung beider Spektren zwischen einer Wellenlänge von 3-5  m. Die letztendlich auf die
Erdoberfläche auftretende kurzwellige Strahlung kann in zwei Komponenten aufgeteilt
werden:

• Direkte Strahlung i dir .;
• diffuse Himmelsstrahlung i diff .

Der Strahlungshaushalt der Erde ist der wichtigste Bestandteil des Energiehaushalts der
Erde. Er bestimmt in welchem Maße sich das globale und lokale Klima verändert. Über
den Teilbereich der Strahlungsbilanz werden dabei die verschiedenen Haushaltsgrößen in
einer Gleichung rechnerisch bilanziert. Hierbei unterscheidet man zwischen dem kurz-
welligen Bereich und dem langwelligen.
Im Strahlungshaushalt hingegen werden auch die Wechselbeziehungen zwischen bei-
den Bestandteilen dargestellt. Die einfallende Sonnenstrahlungsleistungsdichte ist vom
Spektrum her kurzwellig, deshalb wird dieser Zusammenhang auch als kurzwellige Strah-
lungsbilanz ( i k ) bezeichnet. Es ergibt sich.

i k = i glob − r = i dir + i diff − r = (1 − ρ boden ) · i glob ,

(2.75)

worin i dir und i diff die direkte und die diffuse Strahlungsintensität darstellen und r die
Reflexionsintensität.  Boden ist das Albedo oder der Reflexionskoeffizient und i glob die Glo-
balstrahlungsintensität. Aus Abb. 2.53 erkennt man, dass im globalen Mittel nur etwa 47 %