Panels Photovoltaische Solarenergie

Installation solarthermischer

Solarkraftwerk
Thermo

Sonneneinstrahlung

Sonneneinstrahlung

Die Sonneneinstrahlung ist die Größe, die die Energie pro Flächeneinheit der einfallenden Sonnenstrahlung auf einer Fläche misst, die sich an einem genau festgelegten Ort und Zeitbereich befindet.

Die Sonneneinstrahlung in der Erdoberfläche ist aus technischer Sicht die Addition der durch Einfügen der Atmosphäre gefilterten Sonnenstrahlung in einem bestimmten Intervall.

Der Wert der Sonneneinstrahlung auf der Oberfläche hängt von der Jahreszeit, dem Breitengrad, der örtlichen Klimatologie und den Tageszeiten ab.

Ursprung der Sonneneinstrahlung

Der Ursprung der elektromagnetischen Strahlung von der Sonne. Die Sonnenstrahlung ist die Reaktion der Kernfusion, die ständig in der Sonne stattfindet. In der Kernreaktion bilden zwei Wasserstoffkerne einen Heliumkern. Durch diese Fusion von Kernen wird eine große Menge Energie freigesetzt. Wasserstoff macht 74,9% der Masse der Sonne und Helium 23,8% aus (in einem leichten, aber konstanten Anstieg), und nur die verbleibenden 1,3% entsprechen anderen chemischen Elementen.

Die durch die Kernfusionsreaktion erzeugte Wärme ist dafür verantwortlich, dass die Sonne eine gigantische glühende Masse ist und die äußere Oberfläche eine Temperatur von ungefähr 5,505 ° C hat. Wie jeder Glühkörper emittiert die Sonne elektromagnetische Strahlung über einen breiten Bereich von Wellenlängen (oder Frequenzen), die von Ultraviolett bis Infrarot reichen, deren maximale Intensität in der Region liegt, die das menschliche Auge als Gelb des Regenbogens erkennt. Dieses Spektrum der Sonnenstrahlung wird als Wellenlängenverteilung bezeichnet, von der die meisten für das menschliche Auge unsichtbar sind.

Arten der Sonneneinstrahlung

Es gibt verschiedene Arten von Sonneneinstrahlung.

  • Die gesamte Sonneneinstrahlung
  • Die direkte Normalbestrahlung
  • Diffuse horizontale Einstrahlung oder diffuse Himmelsstrahlung
  • Die globale horizontale Einstrahlung

Die Sonneneinstrahlung insgesamt ist ein Maß für die Sonnenenergie bei allen Wellenlängen pro Einheit der einfallenden Fläche in der oberen Erdatmosphäre. Das Lot zum einfallenden Sonnenlicht wird gemessen. Die Solarkonstante ist ein herkömmliches Maß für die durchschnittliche Sonneneinstrahlung im Abstand von einer astronomischen Einheit.

Direkte normale Strahlung oder Strahlenstrahlung wird an der Erdoberfläche an einem bestimmten Ort mit einem Oberflächenelement senkrecht zur Sonne gemessen. Sie schließt diffuse Sonnenstrahlung aus (Strahlung, die von atmosphärischen Komponenten gestreut oder reflektiert wird). Die direkte Bestrahlung ist gleich der extraterrestrischen Bestrahlung oberhalb der Atmosphäre, abzüglich der atmosphärischen Verluste aufgrund von Absorption und Dispersion. Die Verluste sind abhängig von der Tageszeit (Länge des Lichtwegs durch die Atmosphäre entsprechend dem Sonnenstandswinkel), der Wolkenbedeckung, dem Feuchtigkeitsgehalt und anderen Inhalten. Die Bestrahlung der Atmosphäre variiert auch mit der Jahreszeit (weil die Entfernung zur Sonne unterschiedlich ist).

Diffuse horizontale Einstrahlung oder diffuse Himmelsstrahlung ist Strahlung auf der Erdoberfläche aus von der Atmosphäre gestreutem Licht. Sie wird auf einer horizontalen Fläche mit Strahlung von allen Himmelspunkten gemessen, wobei die Sonnenstrahlung von der Sonnenscheibe ausgeschlossen wird. Es würde fast keine diffuse horizontale Bestrahlung ohne Atmosphäre geben.

Die globale horizontale Einstrahlung ist die Gesamtstrahlung der Sonne auf einer horizontalen Oberfläche der Erde. Es ist die Summe der direkten Bestrahlungsstärke (nach Berücksichtigung des Sonnenzenitwinkels der Sonne z) und der diffusen horizontalen Bestrahlungsstärke.

Ausbreitung der Sonneneinstrahlung

Die elektromagnetische Strahlung der Sonne breitet sich in einem Vakuum mit der sogenannten Lichtgeschwindigkeit aus, die etwa 299.792 km / s beträgt. Dies bedeutet, dass Ihre Energie mit dieser Geschwindigkeit fließt. Das physikalische Maß dieses Flusses ist die Leistung, die Energiemenge, die pro Zeiteinheit fließt. Die international standardisierte Einheit für Leistung ist Watt (W).

Die Sonneneinstrahlung kann nach Absorption und atmosphärischer Dispersion im Weltraum oder auf der Erdoberfläche gemessen werden. Die Einstrahlung im Weltraum ist abhängig von der Entfernung zur Sonne, dem Sonnenzyklus und den Kreuzzyklusänderungen. Die Bestrahlung der Erdoberfläche hängt auch von der Neigung der Messfläche, der Höhe der Sonne am Horizont und den atmosphärischen Bedingungen ab. Sonneneinstrahlung beeinflusst den Stoffwechsel von Pflanzen und das Verhalten von Tieren.

Nach dem Verlassen der Sonnenoberfläche dehnt sich die Sonnenstrahlung nahezu gleichmäßig und zeitlich durch den umgebenden Raum aus, mit Ausnahme des zyklischen Einflusses von Sonnenflecken (Sonnenzyklus). Die Kraft der Sonnenstrahlung verteilt sich somit auf der Oberfläche einer Kugel, deren Radius mit der Lichtgeschwindigkeit konstant ansteigt, und verringert ihren Wert pro Flächeneinheit als Kehrwert des Quadrats dieses Radius. Wenn diese kugelförmige Wellenfront die Erdatmosphäre erreicht (wo dieser Radius den Wert der Entfernung von der Erde zur Sonne annimmt, etwa 150 Millionen Kilometer), ist die Leistung pro Flächeneinheit des gesamten Spektrums der Strahlung (Bestrahlungsstärke) Solar außerhalb der Atmosphäre) beträgt ca. 1.367 W / m².

Spektrale Bestrahlungsstärke

Sonnenstrahlung wird von der Erdatmosphäre aufgrund der Wirkung von Atomen, Molekülen, Ionen, gelösten Gasen und Schwebstoffen (Wassertröpfchen, Staub, Asche von Vulkanen ...) reflektiert, absorbiert oder dispergiert. Moleküle wie Sauerstoff (O 2 ), Wasser (H 2 0), Kohlendioxid (CO 2 ) und Ozon (O 3 ) wirken sich stark aus, da sie Sonnenstrahlung in weiten Wellenlängenbereichen (Absorptionsbanden genannt) absorbieren .

Bei den Anwendungen der Sonnenbestrahlung müssen auch die beteiligten Wellenlängenbereiche berücksichtigt werden, die jeweils sehr unterschiedlich sein können. Das Ergebnis ist, dass die direkte Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche an klaren Tagen, wenn sich die Sonne im Zenit befindet, auf etwa 1.050 W / m² reduziert wird.

Bedeutung der Sonneneinstrahlung in der Sonnenenergie

Die Sonneneinstrahlungswerte werden zur Planung des Einsatzes von Solarenergiesystemen verwendet. In vielen Ländern können die Zahlen von einer Sonnenstichkarte oder von Einstrahlungstabellen bezogen werden, die Daten von 30 bis 50 Jahren darstellen. Unterschiedliche Solartechniken können unterschiedliche Komponenten der Gesamtbestrahlung nutzen.

Zwar können Sonnenkollektoren sowohl direkte Strahlung als auch diffuse Strahlung in Elektrizität umwandeln, konzentrierte Solarenergie kann jedoch nur mit direkter Strahlung effizient arbeiten. Daher sind diese Systeme nur an Orten mit relativ geringer Trübung geeignet .

Da die Sonnenkollektoren fast immer in einem Winkel zur Sonne montiert sind, muss die Sonneneinstrahlung angepasst werden, um Schätzungen zu vermeiden, die für den Winter ungenau niedrig und für den Sommer falsch hoch sind. Dies bedeutet auch, dass die Sonnenmenge, die in hohen Breiten auf ein Solarpanel fällt, im Vergleich zu Äquator nicht so gering ist, wie dies bei Betrachtung der Sonneneinstrahlung auf einer horizontalen Fläche der Fall wäre.

Photovoltaikmodule werden unter Standardbedingungen klassifiziert, um die Leistung von Wp (Peak Watt) zu bestimmen, die dann mit Sonneneinstrahlung verwendet werden kann, um die erwartete Leistung zu bestimmen, die um Faktoren wie Neigung, Nachführung und Abschattung angepasst wird.

valoración: 3 - votos 1

Geändert am: 4. Februar 2019

Zurück