direktstrahlung-header-wikipedia-net4energy
hero-bg

Direktstrahlung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

28.02.2021

Letztes Update

28.07.2021

Direktstrahlung: Definition, Bezug zur Globalstrahlung und Nutzbarmachung

Inhalt des Wiki-Artikels

Direktstrahlung: Definition und Bedeutung für die Solarenergie

Die Direktstrahlung ist ein Bestandteil der Globalstrahlung. Es handelt sich bei der Direktstrahlung um kurzwellige Strahlung im Bereich von 0,2 bis 3,0 Mikrometer, die von der Sonne sowie einer umgebenden Kreisfläche auf eine zur Sonnenrichtung senkrecht stehende beziehungsweise horizontale Ebene trifft. Nach der Ausrichtung der Ebene unterschieden werden die Direktnormalstrahlung und die Direktstrahlung horizontal.1

Bestandteile der Globalstrahlung

Neben dem Anteil an Direktstrahlung beinhaltet die Globalstrahlung Diffusstrahlung. Laut Definition ist die diffuse Strahlung der Strahlungsanteil der Globalstrahlung, der vom ganzen Himmelshalbraum auf eine horizontale Ebene einstrahlt und nicht der Direktstrahlung zuzurechnen ist. Durch die Globalstrahlung gelangt Sonnenenergie auf die Erde. Diese entsteht im Sonnenkern, wo eine Kernfusion stattfindet. Die dabei freiwerdende Energie strahlt von der Sonne in den Weltraum ab. Die Solarstrahlung erreicht auch die Erde, wobei sie die Atmosphäre passieren muss. Dabei unterliegt sie verschiedenen Einflüssen, durch die Veränderungen auftreten. Die Energiemenge, die auf die Erde einstrahlt, wird Solarkonstante genannt. Sie ist als die Energie definiert, die auf eine Fläche von einem Quadratmeter Größe, die im rechten Winkel zur Sonne steht, auftrifft. Die Solarkonstante hat eine Energiedichte von 1353 Watt pro Quadratmeter (W/m²). Nur ein Teil der Direktstrahlung kommt ungehindert bis zur Erdoberfläche, da die Sonnenstrahlung von kleinsten Teilchen in der Atmosphäre reflektiert wird.

Die Direktstrahlung ist somit eine gerichtete Strahlung, die aus Richtung der Sonne kommt. Sie kann durch Linsen, Reflektoren oder Spiegel beeinflusst werden. Hingegen ist die Diffusstrahlung eine ungerichtete Strahlung, die aus allen Himmelrichtungen zu kommen scheint. Während von der Sonne direkte Strahlung ausgesendet wird, trifft auf der Erdoberfläche eine Mischung aus Diffus- und Direktstrahlung auf. In Mitteleuropa besteht die Globalstrahlung im Jahresdurchschnitt zu 50 Prozent aus diffuser Strahlung und zu 50 Prozent aus direkter Strahlung, die auf die Erde treffende Energiemenge beträgt maximal 1000 W/m². Auch bei strahlendem Sonnenschein und wolkenlosem Himmel ist in der Globalstrahlung immer ein Anteil an Diffusstrahlung enthalten. Bei sehr starker Bewölkung kann der Anteil der Direktstrahlung bei null liegen, so dass lediglich Diffusstrahlung die Erdoberfläche erreicht. Sowohl die direkte als auch die diffuse Strahlung können als Energiequelle genutzt werden.2

Solarenergie der direkten Strahlung

Die in der Globalstrahlung enthaltene Energie kann nutzbar gemacht werden. Sowohl aus direkter Strahlung als auch aus diffuser Strahlung lässt sich Energie gewinnen, die Direktstrahlung liefert allerdings mehr Energie. Da die auf der Erde eintreffende Energie von Jahreszeit und Tageszeit abhängig ist, benötigen Systeme, die Solarenergie direkt nutzen, einen Speicher. Es ist eine aktive oder eine passive Nutzung des Sonnenlichts möglich. Bei der aktiven Nutzung wird die Sonnenenergie direkt in Strom oder Wärme umgewandelt. Für die Umwandlung in elektrische Energie sorgen Photovoltaikanlagen, die Direktstrahlung und Diffusstrahlung nutzen. Bei der Wärmeerzeugung wird zwischen Hochtemperatur- und Niedertemperaturnutzung unterschieden.

Solarthermische Kraftwerke arbeiten nach dem Prinzip der Hochtemperaturnutzung. Die Sonnenstrahlung wird mittels Spiegeln auf Absorberaggregate konzentriert, die mit Flüssigkeit gefüllt sind. Diese wird auf Hunderte Grad Celsius erhitzt und die Hitze danach in Dampf umgewandelt, der Turbinen antreibt. Solarthermische Kraftwerke wandeln ausschließlich Direktstrahlung in Wärme um, weshalb sie vor allem für Regionen interessant sind, auf die Globalstrahlung mit einem hohen Anteil an direkter Strahlung auftrifft. Die Niedertemperaturnutzung wird über Solarkollektoren umgesetzt. Diese werden meist auf Hausdächern eingesetzt und zur Warmwasserbereitung im Gebäude genutzt. Rund 2,15 Millionen nach diesem Prinzip funktionierende Anlagen waren 2016 in Deutschland installiert. Solarkollektoren wandeln sowohl direkte als auch diffuse Strahlung in Wärme um.

Mittels passiver Nutzung von Solarenergie werden Gebäude beheizt und ausgeleuchtet. Das Prinzip kommt bei Passivhäusern zum Einsatz. Über speziell gestaltete Fenster und Fassaden wird Sonnenenergie gesammelt. Dabei spielt die Südseite des Hauses eine besonders wichtige Rolle, da dort die meiste Strahlungsenergie auftrifft. Große Fenster, Wintergärten und transparente Wärmedämmungen sind geeignet, die Solarenergie in Form von Wärme zu sammeln. Über wärmespeichernde Materialien geben sie diese dann nach und nach an das Innere des Gebäudes ab. Die Ausleuchtung der Innenräume wird unter anderem über lichtleitende Fassadenelemente realisiert. Diese lenken das von außen hereinscheinende Licht so um, dass die Räume heller sind. Das System eignet sich besonders gut für große Büroräume mit PC-Arbeitsplätzen. Eine andere Möglichkeit, das Tageslicht besser zu nutzen, sind Sonnenschutzsysteme, welche die Direktstrahlung zum Teil auffangen und ins Innere des Gebäudes reflektieren. Diffuse Strahlung gelangt durch die Sonnenschutzsysteme hindurch in den Raum. Geeignet ist dieses Prinzip vor allem für Gebäude mit großflächigen Verglasungen in Decken und Wänden.3

Optimierung der Solarenergienutzung

Um Solarkraftwerke effizient zu nutzen, sind Prognosen zu der im Sonnenlicht enthaltenen Energiemenge erforderlich, die regionalen, jahres- und tageszeitlichen Schwankungen unterliegt. Für die Abschätzung langfristiger solarer Erträge müssen viele Jahre umfassende Zeitreihen berücksichtigt werden. Zur Optimierung von Solarkraftwerken dienen stündliche Zeitreihen. Zudem werden minütliche Daten genutzt, um Solaranlagen kurzfristig zu steuern. Besonders die Schwankungen der Direktstrahlung und der Globalstrahlung sind entscheidend, wenn ein Solarkraftwerk optimiert werden soll. Für die Planung oder Optimierung von Solarkraftwerken ist die Erhebung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Daten notwendig. Diese werden über Satelliten ermittelt. Daten für Europa, Afrika, Ostbrasilien, West- und Südasien sowie Teile Australiens stellt der SOLEMI-Dienst bereit, der dazu die Meteosat-Satelliten nutzt. Für Europa sind Daten von 1991 bis heute erfasst.4

direktstrahlung-hybridauto-e-book-guide-net4energy
Du möchtest mehr über das Erdgasauto erfahren? Lade dir jetzt unseren ultimativen Guide herunter!
jetzt kaufen