Sonnenstrahlung ist eine der Hauptenergiequellen unseres Planeten und ihr Einfluss reicht von der Erwärmung der Atmosphäre bis hin zu Prozessen, die Leben auf der Erde ermöglichen, wie etwa der Photosynthese.
Wenn wir jedoch von „Sonnenstrahlen“ sprechen, beziehen wir uns auf etwas Komplexeres als das einfache Licht, das wir sehen. In Wirklichkeit sendet die Sonne Strahlung in einem breiten Wellenlängenbereich aus, die Teil des elektromagnetischen Spektrums ist .
Dieses Spektrum umfasst verschiedene Arten von Strahlung mit jeweils einzigartigen Eigenschaften, die von niederenergetischen Radiowellen bis hin zu hochenergetischen Gammastrahlen reichen.
Bevor wir beginnen, definieren wir, was Sonnenstrahlung ist und was das elektromagnetische Spektrum ist. Abschließend erklären wir, was die verschiedenen Arten von Sonnenstrahlen im Hinblick auf ihr elektromagnetisches Spektrum sind.
Was ist Sonnenstrahlung?
Sonnenstrahlung ist die von der Sonne in Form elektromagnetischer Wellen abgegebene Energie, die sich durch den Weltraum ausbreitet und die Erde erreicht. Diese Strahlung umfasst ein breites Spektrum an Wellenlängen, das sogenannte elektromagnetische Spektrum, das von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlen reicht. Die Hauptbestandteile der Sonnenstrahlung, die auf die Erde einwirken, sind Sonnenstrahlen in Form von sichtbarem Licht, ultravioletter (UV) Strahlung und Infrarotstrahlung.
Die Sonnenstrahlen sorgen für Licht und Wärme, die für das Leben auf der Erde unerlässlich sind, und beeinflussen außerdem das Klima und den Wasserkreislauf. Obwohl die Atmosphäre einen Großteil der schädlichsten Strahlung wie UV-C-Strahlen blockiert, kann eine übermäßige Belastung durch UV-B-Strahlen schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit haben.
Mit Sonnenstrahlen wird umgangssprachlicher in erster Linie das sichtbare Licht bezeichnet, das die Erde erreicht, obwohl darunter manchmal auch andere Formen der Sonnenstrahlung fallen und viele Menschen diesen Begriff verwenden, um sich auf Sonnenstrahlung im Allgemeinen zu beziehen.
Das elektromagnetische Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum umfasst das gesamte Spektrum aller existierenden Formen elektromagnetischer Strahlung. Im Grunde sind es alle Energiewellen, die sich durch den Raum bewegen.
Dieses Spektrum umfasst Radiowellen, die die längste und energieärmste sind, bis hin zu Gammastrahlen, die die kürzesten Wellenlängen haben und extrem energiereich sind. Zwischen diesen Extremen finden wir auch Mikrowellen, Infrarotstrahlung (die wir als Wärme empfinden), sichtbares Licht (das ist das, was unsere Augen sehen können), ultraviolette Strahlung (die Sonnenbrand verursachen kann) und Röntgenstrahlen.
Sonnenstrahlung deckt einen weiten Wellenlängenbereich innerhalb des elektromagnetischen Spektrums ab . Das elektromagnetische Spektrum ist wie ein „Regenbogen“ aus Energiewellen, die von Radiowellen mit sehr langen Wellenlängen bis zu Gammastrahlen mit extrem kurzen Wellenlängen reichen.
Um die Arten der Sonnenstrahlung besser zu verstehen, teilen wir das Spektrum in die folgenden Hauptteile auf:
- Ultraviolette (UV) Strahlung
- sichtbares Licht
- Infrarotstrahlung (IR)
Sonnenstrahlen und Photovoltaikenergie
Photovoltaikmodule erfassen hauptsächlich sichtbares Licht und einen Teil der Infrarotstrahlung (IR) des elektromagnetischen Spektrums. Diese Strahlungen enthalten die Energie, die die Module durch den Photovoltaikeffekt in Strom umwandeln.
Das Material von Solarzellen, meist Silizium, absorbiert Photonen dieser Wellenlängen und wandelt sie in elektrischen Strom um.
Obwohl ultraviolette (UV) Strahlung auch die Erde erreicht, ist ihr Beitrag zur Stromerzeugung minimal, da der Großteil der nutzbaren Energie aus sichtbarem und infrarotem Licht stammt.
Typ 1: Ultraviolette (UV) Strahlung
Ultraviolette Strahlung oder UV-Strahlung ist eine Form der Sonnenenergie, die eine kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht hat. Obwohl wir es nicht sehen können, ist es da und hat sehr wichtige Auswirkungen auf die Erde und die Menschen.
UV-Strahlung lässt sich nach ihrer Wellenlänge in drei Arten einteilen:
- UV-A (315–400 nm) : Es ist die energieärmste Art ultravioletter Strahlung und auch die am häufigsten vorkommende, die die Erde erreicht. Obwohl es die Haut durchdringen kann, ist es nicht so gefährlich wie die anderen UV-Arten. Allerdings kann eine längere Exposition zu Hautalterung und Augenschäden, wie z. B. Katarakt, führen.
- UV-B (280–315 nm) : Es ist energiereicher als UV-A und kann Sonnenbrand und Schäden an der DNA der Hautzellen verursachen. Tatsächlich ist es die Art der Strahlung, die am häufigsten mit Hautkrebs in Verbindung gebracht wird. Glücklicherweise blockiert die Atmosphäre, insbesondere die Ozonschicht, einen Großteil der UV-B-Strahlen.
- UV-C (100–280 nm) : Dies ist die gefährlichste Form der ultravioletten Strahlung, da sie die größte Energiemenge hat. Zum Glück wird praktisch die gesamte UV-C-Strahlung von der Ozonschicht absorbiert und erreicht nicht die Erdoberfläche. Andernfalls wäre es für lebende Organismen sehr schädlich.
UV-Strahlung hat direkte Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen und anderen Organismen. Obwohl wir für die Produktion von Vitamin D eine gewisse Menge an UV-B-Licht benötigen, kann eine übermäßige Exposition zu Problemen wie Sonnenbrand, vorzeitiger Hautalterung und einem erhöhten Hautkrebsrisiko führen. Darüber hinaus kann UV-Strahlung aquatische Ökosysteme beeinträchtigen und Phytoplankton schädigen, das eine wichtige Grundlage in der marinen Nahrungskette darstellt.
Typ 2: Sichtbares Licht
Sichtbares Licht ist, wie der Name schon sagt, der Teil der Sonnenstrahlung, den wir sehen können. Es repräsentiert nur einen kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums mit Wellenlängen von 380 Nanometern (nm) bis etwa 750 nm. Viele Menschen beziehen sich auf die Sonnenstrahlen, um sich auf sichtbares Licht zu beziehen.
Sichtbares Licht umfasst alle Farben, die wir in einem Regenbogen sehen können: von Violett (kürzeste Wellenlänge) bis Rot (längste Wellenlänge). In diesem Bereich sorgt die Sonnenstrahlung für das Licht, das unsere Welt erleuchtet und es uns ermöglicht, Objekte zu sehen.
Sichtbares Licht ist für das Leben auf der Erde unerlässlich, nicht nur, weil es uns das Sehen ermöglicht, sondern auch, weil Pflanzen es bei der Photosynthese nutzen. Durch Photosynthese fangen Pflanzen Sonnenenergie ein und wandeln sie in chemische Energie um, die in Form von Glukose gespeichert wird.
Typ 3: Infrarotstrahlung (IR)
Infrarotstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum direkt hinter dem sichtbaren Licht und hat Wellenlängen von 750 nm bis etwa 1.000.000 nm (oder 1 Millimeter). Obwohl wir Infrarotstrahlung nicht sehen können, können wir sie in Form von Wärme spüren.
Es gibt drei Arten von Infrarotstrahlung:
- Nahes Infrarot (IR-A, 750–1400 nm) : Dies ist die Infrarotstrahlung, die dem sichtbaren Licht am nächsten kommt. Obwohl wir sie nicht wahrnehmen, können bestimmte Geräte, wie zum Beispiel Wärmebildkameras, diese Form der Strahlung erkennen. Es wird in Fernbedienungen und Infrarot-Kommunikationssystemen verwendet.
- Mittleres Infrarot (IR-B, 1400–3000 nm) : Hat eine längere Wellenlänge und ist die Strahlung, die üblicherweise mit Wärme assoziiert wird. Wenn wir in der Sonne stehen, entsteht das Wärmegefühl, das wir verspüren, größtenteils durch Infrarotstrahlung.
- Ferninfrarot (IR-C, 3000 nm-1 mm) : Dies ist die Infrarotstrahlung, die von heißen Körpern, einschließlich uns selbst, abgegeben wird. Alle Objekte, die eine Temperatur haben, senden Infrarotstrahlung aus, und je heißer das Objekt, desto intensiver ist diese Strahlung.
Infrarotstrahlung ist der Schlüssel zum Treibhauseffekt, einem natürlichen Prozess, der die Temperatur der Erde auf einem für Leben geeigneten Niveau hält.
Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasserdampf fangen einen Teil der Infrarotstrahlung ein, die die Erde aussendet, und halten den Planeten warm. Ohne diesen Prozess wäre die Erde ein viel kälterer und unwirtlicher Ort.