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Wie misst man die Sonneneinstrahlung?

Sonnenenergie ist das Ergebnis des Kernfusionsprozesses, der in der Sonne stattfindet. Diese Energie ist der Motor, der unsere Umwelt antreibt, denn die Sonnenenergie erreicht die Erdoberfläche 10.000-mal höher als die Energie, die derzeit von der gesamten Menschheit verbraucht wird.

Wie misst man die Sonneneinstrahlung?

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

Die Sonnenstrahlung wird durch ihre pro Flächeneinheit übertragene Energieleistung ( Watt / m 2) gemessen. Im Allgemeinen erhält die Erde weniger als 0,5 × 10 -9 der Energie ihrer Strahlung von der Sonne.

Die funktionale Einheit, die die die Erde erreichende Sonneneinstrahlung beschreibt, ist die Sonneneinstrahlung oder die Einheit der Leistung pro Quadratmeter (w / m²).

Warum ist es wichtig, die Sonneneinstrahlung zu messen?

Zuverlässige Daten über die Sonneneinstrahlung zu erhalten, ist von entscheidender Bedeutung für:

  • Studieren Sie die Energieumwandlungen im System Erde-Atmosphäre.

  • Analysieren Sie die Eigenschaften und Verteilung der Atmosphäre, der Elemente, aus denen sie besteht, wie Aerosole, Dampf, Ozon usw.

  • Untersuchen Sie die Verteilung und Variationen von einfallender, reflektierter und Gesamtstrahlung.

  • Erfüllen Sie die Anforderungen aus Biologie, Medizin, Landwirtschaft, Architektur, Ingenieurwesen und Industrie in Bezug auf Solarressourcen.

  • Machen Sie Vorhersagen, bevor Sie eine Photovoltaikanlage mit einer Solaranlage aus Sonnenkollektoren installieren.

  • Die Messung der Flussdichte ist sowohl für den Betrieb als auch für die Leistungsprüfung von Solartürmen wertvoll. 

Wie misst man die Sonneneinstrahlung?

Es werden Messsysteme beschrieben, um die Spektralantwort, die externe Quanteneffizienz und die interne Quanteneffizienz von Solarzellen zu bestimmen.

Ein grundsätzlich zu berücksichtigender Punkt ist die Dauer der Sonneneinstrahlung. Eine einfache Möglichkeit, Sonnenstunden aufzuzeichnen, ist die Verwendung eines Sonnenlichtrekorders, eines Kartensystems, das das Sonnenlicht fokussiert. Auf dem Holztisch wird eine Markierung eingebrannt, wenn das Sonnenlicht stärker als 200 W / m2 ist. Daher wird die Anzahl der Sonnenstunden als die Anzahl der Stunden bestimmt, in denen die Sonne scheint.

Um die Sonneneinstrahlung zu messen, unterscheiden wir drei Methoden, je nachdem, ob sie es sind:

  • Direkte.

  • Indirekt.

  • Infrarot.

Messung der direkten Sonneneinstrahlung

Wir können die Direkte Normalstrahlung (DNI) oder Strahlung auf der Erdoberfläche an einem bestimmten Ort mit einem Oberflächenelement senkrecht zur Sonne messen, wobei diffuse Sonnenstrahlung ausgeschlossen ist. Bei Rollläden wird nur die Sonnenstrahlung und der sonnennahe Bereich eines ringförmigen Himmels gemessen.

Alle Pyrheliometer müssen an einem Mechanismus montiert werden, der eine genaue Kontrolle der Sonne ermöglicht.

Wie wird Global- und Diffusstrahlung gemessen?

Diffuse Strahlung ist Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, nachdem sie von Molekülen oder Partikeln in der Atmosphäre gestreut wurde.

Wenn der Himmel mit Wolken bedeckt ist, erreicht das meiste direkte Sonnenlicht nicht den Boden. Stattdessen wird das absteigende Wasser von in der Luft schwebenden Wassertröpfchen gebrochen. Es gibt viele Tropfen, und jeder hat seine Form und bricht sich daher auf seine Weise. Wolken streuen Licht vom Himmel und dadurch erreicht weißes Licht den Boden. Wolken absorbieren einen Teil des Lichts, weshalb der Himmel grau aussieht.

Strahlung während der Streuung ändert nicht viel in der spektralen Zusammensetzung: Wassertröpfchen in Wolken sind signifikanter als die Wellenlänge, daher wird das gesamte sichtbare Spektrum (von Rot bis Violett) ungefähr gleich gestreut. Die Intensität der Strahlung reicht (geschätzt) von 1/6 der Stärke des direkten Sonnenlichts für relativ dünne Wolken bis zu 1/1000 für dickere Gewitterwolken.

Globalstrahlung ist definiert als die Sonnenstrahlung, die aus einem Raumwinkel von 2π Steradiant auf einer horizontalen Oberfläche empfangen wird. Somit umfasst die Globalstrahlung die direkt von der Sonnenscheibe erhaltene Strahlung und auch die diffuse Strahlung des Himmels, die durch die Atmosphäre gestreut wird.

Die Globalstrahlung wird mit dem Pyranometer gemessen. Um nur den diffusen Anteil der Sonnenstrahlung zu messen, wird der direkte Anteil durch eine Blende oder Beschattung abgedeckt. 

Wie wird Infrarotstrahlung gemessen?

Infrarotstrahlung oder IR-Strahlung ist eine Art elektromagnetischer Strahlung mit einer längeren Wellenlänge als sichtbares Licht. Wir verwenden Pyrgeometer, um es zu messen.

IR-Strahlung wird oft mit den Begriffen "Wärme" und "Wärmestrahlung" in Verbindung gebracht, da jedes Objekt mit Temperatur in diesem Band Strahlung aussendet. Nach dem Wienschen Gesetz bewegt sich der Emissionspeak mit steigender Temperatur immer mehr in Richtung des Sichtbaren, bis das Objekt glühend wird).

Die meisten davon entfernen kurze Wellenlängen unter Verwendung von Filtern, die bei langen Wellenlängen eine konstante Transparenz aufweisen, während sie bei kürzeren Wellenlängen nahezu opak sind.

Die kurzwellige Infrarotenergie kommt direkt von der Sonne, wird aber nicht als Wärme empfunden. Stattdessen verwandelt es sich in Hitze, wenn es auf ein Objekt trifft. Langwellige Infrarotenergie ist Wärme, die von einem Objekt abgestrahlt wird, das kurzwellige Infrarotstrahlung empfangen hat.

Wie hoch ist die gesamte Sonnenstrahlung auf der Nordhalbkugel?

In dieser Tabelle präsentieren wir die Daten, die in verschiedenen Breiten der nördlichen Hemisphäre gesammelt wurden.

(Einheit: Kalorien / cm²)

Breite

Sommersemester (April bis Oktober)

Wintersemester (November bis März)

jährlich

0 Grad

157370

157370

314740

5 Grad

162540

151160

313700

10 Noten

166550

143870

310420

15 Grad

169400

135590

304990

20 Grad

171630

126400

297480

25 Grad

171630

116400

288030

30 Grad

170960

105640

276600

35 Grad

169200

94270

263470

40 Grad

166320

82350

248670

45 Grad

162440

70070

232510

50 Grad

157640

57570

215210

55 Grad

152190

45180

197370

60 Grad

146100

32950

179050

65 Grad

140140

21740

161880

70 Grad

135930

13170

149100

75 Grad

133430

7230

140660

80 Grad

131830

3180

135010

85 Grad

130920

730

131650

90 Grad

130630

0

130630

 

Wie hoch ist die gesamte Sonnenstrahlung auf der Südhalbkugel?

(Einheit: Kalorien / cm²)

Breite

Sommersemester (November bis März)

Wintersemester (April bis Oktober)

jährlich

0 Grad

157370

157370

314740

5 Grad

162540

151160

313700

10 Noten

166550

143870

310420

15 Grad

169400

135590

304990

20 Grad

171630

126400

297480

25 Grad

171630

116400

288030

30 Grad

170960

105640

276600

35 Grad

169200

94270

263470

40 Grad

166320

82350

248670

45 Grad

162440

70070

232510

50 Grad

157640

57570

215210

55 Grad

152190

45180

197370

60 Grad

146100

32950

179050

65 Grad

140140

21740

161880

70 Grad

135930

13170

149100

75 Grad

133430

7230

140660

80 Grad

131830

3180

135010

85 Grad

130920

730

131650

90 Grad

130630

0

130630

Autor:

Erscheinungsdatum: 8. Juli 2021
Geändert am: 8. Juli 2021