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Diffusstrahlung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

25.01.2021

Letztes Update

28.07.2021

Diffusstrahlung – Definition, Verhältnis zur Globalstrahlung und praktischer Nutzen

Inhalt des Wiki-Artikels

Diffusstrahlung – Definition und Bedeutung für die Solarenergie

Die Diffusstrahlung ist eine Komponente der Globalstrahlung, der auf dem Boden der Erde auftreffenden Strahlung der Sonne. Laut Definition ist die Diffusstrahlung horizontal (Dh) die kurzwellige isotropische Strahlung – im Wellenbereich von 0,2 bis 3,0 Mikrometern (μm) –, die vom gesamten Himmelshalbrund auf eine horizontale Ebene einstrahlt abzüglich der direkten Strahlung. Zusammen mit der Direktstrahlung horizontal und der Direktnormalstrahlung bildet die Diffusstrahlung die Globalstrahlung.1

Anteil der diffusen Strahlung an der Globalstrahlung

In der Erdatmosphäre wird die Solarstrahlung gestreut und reflektiert, bevor sie als Globalstrahlung die Erdoberfläche erreicht. Die Diffusstrahlung ist eine annähernd gleichmäßig über den Himmel verteilte Strahlung. Ist der Himmel bewölkt und keine direkte Sonnenstrahlung vorhanden, erscheint es deshalb, als würde das Licht gleichmäßig von der gesamten Himmelskuppel ausgehen. Der Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung lässt sich nicht direkt messen; entweder müssen die Globalstrahlung und die Direktstrahlung gemessen und der Anteil der diffusen Strahlung daraus berechnet oder die diffuse Strahlung muss mit Hilfe von Abschattung gemessen werden. Letztgenannte Methode kann allerdings aufgrund der Sonnenwanderung am Horizont zu Messfehlern führen. In Deutschland beträgt der Anteil der Diffusstrahlung an der Globalstrahlung sogar an sonnigen Sommertagen noch 15 bis 20 Prozent. Im Jahresmittel beläuft sich der Anteil der diffusen Strahlung auf rund 50 Prozent.2

Bedeutung der Diffusstrahlung für die Solarenergie

Mit der Strahlung der Sonne kommt Energie auf die Erde, die nutzbar gemacht werden kann: Solaranlagen wandeln sie in Strom oder Wärme um. Wie viel Energie auf diese Weise gewonnen wird, ist abhängig von der Bestrahlungsstärke, die sich mit der Tages- und der Jahreszeit ändert. Direkte Strahlung kann gebündelt und für Prozesse mit hohen Temperaturen genutzt werden, zum Beispiel zur Stromerzeugung mit Dampfturbinen. Diffuse Strahlung lässt sich hingegen nicht optisch fokussieren. Da es für Privathaushalte jedoch zu aufwändig oder schlichtweg nicht möglich ist, die Sonnenkollektoren einer Solaranlage immer optimal zur Sonne auszurichten, wird in unseren Breitengraden die Globalstrahlung für die Photovoltaik genutzt.

Photovoltaikanlagen wandeln Energie entweder über kristalline Solarzellen oder über Dünnschichtzellen in Strom um. Kristalline Solarzellen weisen bei normaler Strahlung einen höheren Wirkungsgrad auf, bei einem hohen Anteil an Diffusstrahlung zeigen Dünnschichtsolarzellen teils eine bessere Leistung. Auf dem Markt sind Dünnschichtzellen aus verschiedenen Materialien erhältlich, beispielsweise aus Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Diselenid. Allen gemeinsam ist der Vorteil, dass sie bei niedrigen Temperaturen auf bestimmte Stoffe aufgedampft werden können. Dies eröffnet mehr Freiheiten bei der Gestaltung, zum Beispiel können mit Dünnschichtsolarzellen Photovoltaik-Folien hergestellt werden.

Direkte und diffuse Sonnenstrahlung können nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch zur Wärmegewinnung genutzt werden. Solarthermieanlagen ermöglichen eine klimafreundliche Warmwasserbereitung. Die solar erzeugte Wärme wird als thermische Energie zu einem Wärmetauscher geleitet, der die Wärme an einen Pufferspeicher abgibt. Im Sommer deckt die Solarenergie in der Regel den gesamten Warmwasserbedarf ab, im Winter ist gegebenenfalls eine konventionelle Heizung oder eine Wärmepumpe zur Unterstützung erforderlich. Die Solarwärme kann zusätzlich zur Warmwasserbereitung als Heizungsunterstützung zum Erwärmen von Räumen genutzt werden. In diesem Fall ist ein zweiter Speicher nötig, der als Puffer dient.3

Lenksysteme für diffuses Licht

Der sichtbare Anteil der Globalstrahlung erscheint auf der Erde als Tageslicht. In freier Umgebung ist die Beleuchtungsstärke des Tageslichts bemerkenswert hoch. In Innenräumen wird es durch das Fensterglas und die Raumgestaltung beeinflusst. Wie hoch die Belichtung in Räumlichkeiten ausfällt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Ausrichtung des Gebäudes und dem Sonnenstand. Vor allem der tägliche und jahreszeitliche Stand der Erde zur Sonne übt einen großen Einfluss aus. Darüber hinaus ist die an einem Standort wirksame Globalstrahlung abhängig von der geografischen Lage desselben, der Wetterlage sowie der Luftverschmutzung durch Smog und Feinpartikel. Außerdem wirkt sich die unmittelbare Umgebung auf die Intensität aus, zum Beispiel durch Abschattungen aufgrund von Baumbestand oder umliegende Gebäude.

Bei der Planung von Gebäuden stellt das Tageslicht eine wichtige Größe dar. Maßnahmen, die auf den Einfall und die Nutzung des natürlichen Tageslichts einwirken, gehören zur sogenannten Tageslichtplanung. Diese beginnt bereits bei der Konstruktion des Gebäudes und der Gestaltung der Fassade, reicht über die Auswahl der Fenster bis hin zur Innenraumgestaltung. Durch die Verwendung spezieller Systeme zur Lichtlenkung kann das Tageslicht optimal genutzt werden. Grundsätzlich lassen sich zwei Lichtlenksysteme unterscheiden: Lenksysteme für diffuses Licht und Lenksysteme für Sonnenlicht. Die Diffusstrahlung kann also dazu genutzt werden, Räume besser auszuleuchten. Das Tageslicht wird entweder über fest installierte Einrichtungen wie Spiegel- und Reflexionssysteme oder innerhalb der Glasscheiben der Fenster durch verschiedene Techniken erfolgen, zum Beispiel durch Lichtlenkglas oder Glas mit Spiegelprofilen, verstärkt.4

Daten zur Diffusstrahlung in Deutschland

Regelmäßig veröffentlicht der Deutsche Wetterdienst (DWD) Strahlungsdaten. Die Daten basieren auf Messungen mit Pyranometern sowie Satellitendaten und sind für jedermann kostenfrei einsehbar. Gemessen wird sowohl die Globalstrahlung als auch die Diffusstrahlung in Deutschland. Aus den ermittelten Werten wird die Direktstrahlung abgeleitet. Darüber hinaus werden anhand der Daten für Globalstrahlung, Diffusstrahlung und Direktstrahlung monatlich und jährlich Karten erstellt, die ebenfalls für alle Interessierten zur Verfügung stehen. Karten zur diffusen Strahlung werden seit Januar 2016 ausgearbeitet. Auf diesen wird die Diffusstrahlung für Punkte in Deutschland im Abstand von einem Kilometer dargestellt. Außerdem gibt der Deutsche Wetterdienst einen zusammenfassenden Überblick über die Entwicklung der solaren Einstrahlung heraus.5

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