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Sonnenstrahlung

Sonnenstrahlung

Sonnenstrahlung ist die Strahlungsenergie, die im interplanetaren Raum der Sonne emittiert wird. Diese Strahlung wird durch thermonukleare Fusionsreaktionen erzeugt, die im Sonnenkern auftreten und elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Frequenzen oder Wellenlängen erzeugen Es breitet sich dann mit den typischen Geschwindigkeiten dieser Wellen im Raum aus. Diese Ausbreitung ermöglicht es Ihnen, Sonnenenergie mit sich zu führen.

Die Sonnenkonstante ist die Energiemenge, die in Form von Sonnenstrahlung pro Zeiteinheit und Oberflächeneinheit empfangen wird und im äußeren Teil der Erdatmosphäre in einer Ebene senkrecht zu den Sonnenstrahlen gemessen wird. Die Ergebnisse ihrer Messung durch Satelliten zeigen ein Durchschnittswert von 1366 Wm -2 .

Sonnenenergie und folglich Sonnenstrahlung resultieren aus dem Kernfusionsprozess, der in der Sonne stattfindet. Diese Energie ist die Hauptenergiequelle und daher der Motor, der unsere Umwelt antreibt. Die Sonnenenergie, die wir durch Sonnenstrahlung erhalten, ist direkt oder indirekt für lebenswichtige Aspekte wie die Photosynthese, die Aufrechterhaltung einer mit dem Leben, dem Wind usw. kompatiblen Temperatur des Planeten verantwortlich. Die Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, ist 10.000-mal höher als die Energie, die derzeit von der gesamten Menschheit verbraucht wird.

Definition von Strahlung

Strahlung ist die Übertragung von Energie durch elektromagnetische Wellen. Die Strahlung erfolgt direkt von der Quelle nach außen in alle Richtungen. Diese Wellen benötigen kein materielles Medium, um sich auszubreiten. Sie können den interplanetaren Raum durchqueren und die Erde von der Sonne aus erreichen.

Die Wellenlänge und Frequenz elektromagnetischer Wellen sind wichtig für die Bestimmung ihrer Energie, ihrer Sichtbarkeit und ihrer Durchdringungskraft. Alle elektromagnetischen Wellen bewegen sich im Vakuum mit einer Geschwindigkeit von 299.792 km / s.

Eigenschaften der Sonnenstrahlung

Sonnenstrahlung wird nicht in einer einzigen Frequenz konzentriert, sondern über ein breites Spektrum ungleichmäßiger Amplitude mit der typischen Form einer Glocke verteilt, wie es für das Spektrum eines schwarzen Körpers typisch ist, mit dem die Sonnenquelle modelliert wird. Das Strahlungsmaximum wird auf das Strahlungs- oder sichtbare Lichtband mit einem Peak bei 500 nm außerhalb der Erdatmosphäre nach dem Wiener Gesetz fokussiert, das der cyangrünen Farbe entspricht.

Die Bande der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) reicht von 400 bis 700 nm, entspricht sichtbarer Strahlung und entspricht 41% der Gesamtstrahlung. Innerhalb des PAR gibt es Teilbänder mit Strahlung:

  • blau-violett (400-490 nm)
  • grün (490-560 nm)
  • gelb (560-590 nm)
  • orangerot (590-700 nm)

Neben der sichtbaren Strahlung ist Infrarot und vor allem ultraviolette Strahlung eine energetische Minderheitskomponente, die sich jedoch durch ihre Wirkung auszeichnet.

Beim Durchqueren der Atmosphäre wird die Sonnenstrahlung in Abhängigkeit von der Frequenz in unterschiedlichem Maße von den verschiedenen atmosphärischen Gasen in unterschiedlichem Maße reflektiert, gebrochen, absorbiert und diffundiert, so dass der Boden des Sonnenspektrums im Vergleich zu dem in unregelmäßigen unregelmäßig ist die externen Atmosphärenschwellen (TOA) bei Vorhandensein typischer Absorptions- oder Reflexionsbänder.

Ausbreitung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre und auf der Erdoberfläche

Aufgrund der Eigenschaften der Erdatmosphäre erfährt die Sonnenstrahlung bestimmte Veränderungen, um sie zu durchqueren und die Oberfläche zu erreichen.

Strahlungsbilanz

Im Durchschnitt erhält die Erde 1.366 W / m² (Sonnenkonstante) von der Sonne. Dies hängt mit den Schwellenwerten der Atmosphäre und der Ebene senkrecht zu den einfallenden Sonnenstrahlen zusammen. Es ist daher zu berücksichtigen, dass die Sonnenstrahlung einfällt Die Erde trifft täglich 1.440 Minuten lang auf eine Kugelkappe und sinkt um 75%. Die Atmosphäre wiederum filtert die Sonnenstrahlen bis zu einem gewissen Grad wie jeder Körper und verursacht:

  • eine Reflexion und eine Rückstreuung der Strahlen aufgrund ihrer Albedo zu den Wolken und atmosphärischen Gasen selbst;
  • eine Absorption, die einen Temperaturanstieg verursacht, wodurch sie nach dem Wiener Gesetz Strahlung in jede Richtung emittiert. Diese Absorption ist jedoch im sichtbaren Lichtband gering, wodurch es für direktes Sonnenlicht transparent ist.

Etwa die Hälfte der Sonnenstrahlung geht unverändert durch die Atmosphäre, was als Nettostrahlung bezeichnet wird. Die Hälfte der Nettostrahlung trägt schließlich zur Verdunstung der Wassermassen bei, daher macht die verfügbare Sonnenenergie etwa ein Viertel der gesamten emittierten Energie aus.

Die Stratosphäre absorbiert dank Ozon die im 200-300-nm-Band enthaltenen ultravioletten Strahlen, die Troposphäre absorbiert und diffundiert dank Wasserdampf und CO 2 das Infrarot . Die Filterwirkung der Banden in den meist tödlichen ultravioletten Wellenlängen ist für die Entwicklung des Lebens wesentlich.

Diffuse Sonnenstrahlung

Diffuse Strahlung wird auch als indirekte Strahlung bezeichnet. Diffuse Sonnenstrahlung stellt den Teil der Sonnenstrahlung dar, der durch Ändern des Einfallswinkels auf mindestens ein Teilchen atmosphärischer Gase gestoßen ist und dennoch den Boden erreicht, weil er darauf gerichtet ist. Sie nimmt im Vergleich zur Gesamtzahl bei bewölktem Himmel zu. Insbesondere die Rayleigh-Streuung der blauen Komponente der Sonnenstrahlung ist für die blaue Farbe des Himmels verantwortlich. Ein Teil der diffusen Strahlung ist zurück in Richtung Raum.

Einfallende Sonnenstrahlung

Einfallende Sonnenstrahlung ist die Strahlung, die auf ein Hindernis gestoßen ist, an das sie ihre gesamte oder einen Teil ihrer Energie abgegeben hat. Energie, die die Erdoberfläche nicht erreicht, gilt als ausgestorben und besteht aus Strahlung, die wieder emittiert, reflektiert und in den Weltraum zurückgestreut wird.

Nach dem Lambertschen Gesetz ist die auf die Oberflächeneinheit treffende Strahlungsmenge proportional zum Kosinus des Einfallswinkels.

Die maximale Menge an einfallender Sonnenstrahlung wird mit senkrechtem Einfall erhalten, da der Winkel zunimmt, wobei sowohl die von der gleichen Strahlungsmenge betroffene Oberfläche als auch die Dicke der von diesen durchquerten Atmosphäre zunimmt. Dies erzeugt die täglichen, jährlichen und Breitenschwankungen der Bestrahlung.

Reflektierte Sonnenstrahlung

Reflektierte Sonnenstrahlung ist der Teil der einfallenden Sonnenstrahlung, der aufgrund des Albedoeffekts von der Erdoberfläche reflektiert wird. Die Albedo ist der Reflexionskoeffizient c. Die Werte für c liegen im Allgemeinen zwischen 0 und 1 oder werden als Prozentsatz ausgedrückt. Sie ist gegeben durch die Beziehung zwischen der von einer Oberfläche reflektierten Strahlungsenergie und der einfallenden Energie. Die Erde hat einen Durchschnittswert von 40% (c = 0,4). Auf der Höhe der Erdalbedo fügen wir die von atmosphärischen Partikeln reflektierte Strahlung in den Weltraum ein.

Absorbierte Sonnenstrahlung

Nach Abzug aller Verluste aufgrund von Reflexion und Rückstreuung von der Erdatmosphäre und -oberfläche wird die verbleibende einfallende Sonnenstrahlung von der Erdoberfläche absorbiert und trägt daher auf variable Weise zu ihrer Erwärmung bei abhängig vom Breitengrad und der Art der Oberfläche.

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Geändert am: 13. April 2017