Bestrahlungsstärke

Die Bestrahlungsstärke, auch als Einstrahlungsstärke oder Strahlungsintensität bezeichnet, ist ein Maß für die Leistung der elektromagnetischen Strahlung, die auf eine bestimmte Fläche trifft. Sie ist eine wichtige Größe in verschiedenen Bereichen wie Meteorologie, Photovoltaik und Klimatologie. Hier ist eine ausführliche Erklärung der Bestrahlungsstärke:

Definition

Die Bestrahlungsstärke $E$ ist die Leistung der Strahlung, die auf eine Fläche trifft, bezogen auf die Fläche. Sie wird in Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen.

𝐸=𝑃𝐴E=AP​

wobei:

• $E$ die Bestrahlungsstärke in Watt pro Quadratmeter (W/m²) ist,
• $P$ die auf die Fläche auftreffende Strahlungsleistung in Watt (W) ist,
• $A$ die Fläche in Quadratmetern (m²) ist.

Bedeutung und Anwendung

1. Photovoltaik:
   • Die Bestrahlungsstärke ist entscheidend für die Stromerzeugung von Solaranlagen. Die Leistung der Solarzellen hängt direkt von der Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung ab.
   • Die Standardtestbedingungen (STC) für die Bewertung von Solarmodulen setzen eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² voraus.
2. Meteorologie:
   • Die Bestrahlungsstärke wird verwendet, um die Intensität der Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche zu messen. Dies ist wichtig für Wettervorhersagen, Klimaforschung und die Bestimmung der UV-Strahlung.
3. Klimatologie:
   • Die Bestrahlungsstärke ist ein wichtiger Parameter für das Verständnis des Energiehaushalts der Erde und den Einfluss der Sonnenstrahlung auf das Klima.
4. Landwirtschaft:
   • Die Messung der Bestrahlungsstärke hilft bei der Bestimmung der optimalen Wachstumsbedingungen für Pflanzen und bei der Planung von Bewässerungssystemen.

Messung der Bestrahlungsstärke

• Pyranometer: Ein Gerät zur Messung der globalen Bestrahlungsstärke, das sowohl direkte als auch diffuse Sonnenstrahlung erfasst.
• Pyrheliometer: Ein Instrument zur Messung der direkten Bestrahlungsstärke der Sonne. Es erfasst nur die Strahlung, die direkt von der Sonne kommt, ohne die diffuse Strahlung.

Einflussfaktoren

• Sonnenstand: Die Höhe der Sonne über dem Horizont beeinflusst die Bestrahlungsstärke. Mittags, wenn die Sonne am höchsten steht, ist die Bestrahlungsstärke am größten.
• Wolkenbedeckung: Wolken reduzieren die Bestrahlungsstärke, indem sie einen Teil der Sonnenstrahlung reflektieren und absorbieren.
• Atmosphärische Bedingungen: Staub, Luftverschmutzung und andere Partikel in der Atmosphäre können die Bestrahlungsstärke vermindern.
• Geografische Lage: Breitengrad, Höhe über dem Meeresspiegel und lokale geografische Gegebenheiten beeinflussen die durchschnittliche Bestrahlungsstärke an einem bestimmten Ort.

Berechnung der täglichen Einstrahlung

Die tägliche Einstrahlung, auch als tägliche Globalstrahlung bezeichnet, ist die über einen Tag integrierte Bestrahlungsstärke und wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m²) angegeben.

Beispiel

Ein Solarmodul mit einer Fläche von 1,5 m² wird an einem sonnigen Tag mit einer Bestrahlungsstärke von 800 W/m² bestrahlt. Die gesamte auf das Modul einfallende Leistung beträgt:

𝑃=𝐸×𝐴=800 W/m2×1,5 m2=1200 WP=E×A=800W/m2×1,5m2=1200W

Dies bedeutet, dass das Solarmodul eine Strahlungsleistung von 1200 Watt empfängt.

Fazit

Die Bestrahlungsstärke ist ein entscheidender Parameter für die Bewertung der Sonnenstrahlung und deren Auswirkungen auf Solaranlagen, Klima und Umwelt. Durch das Verständnis und die Messung der Bestrahlungsstärke können Ingenieure, Wissenschaftler und Landwirte fundierte Entscheidungen treffen, um die Effizienz und Effektivität ihrer Systeme und Anwendungen zu verbessern.