Diffuse Strahlung

blue solar panel
Diffuse Strahlung ist ein wichtiger Aspekt der Solarstrahlung, die auf die Erdoberfläche trifft. Sie spielt eine wesentliche Rolle in der Solarenergie und der Klimaforschung. Hier sind einige wichtige Aspekte zur diffusen Strahlung:

Definition

  1. Diffuse Strahlung: Dies ist der Teil der Sonnenstrahlung, der durch Moleküle, Aerosole und Wolken in der Atmosphäre gestreut wird und aus allen Richtungen des Himmels auf die Erdoberfläche trifft.
  2. Unterschied zur direkten Strahlung: Direkte Strahlung ist die Sonnenstrahlung, die ungehindert auf die Erdoberfläche trifft, während diffuse Strahlung durch Streuung in der Atmosphäre entsteht.

Quellen und Mechanismen

  1. Rayleigh-Streuung: Streuung an Luftmolekülen, die vor allem bei kürzeren Wellenlängen (blaues Licht) stark ist und den blauen Himmel verursacht.
  2. Mie-Streuung: Streuung an größeren Partikeln wie Aerosolen und Wolkentröpfchen, die die Strahlung in alle Richtungen verteilt.
  3. Wolken: Wolken tragen erheblich zur diffusen Strahlung bei, indem sie die direkte Sonnenstrahlung streuen und verteilen.

Messung und Quantifizierung

  1. Pyranometer: Ein Gerät zur Messung der globalen (direkten und diffusen) Strahlung, oft mit einem Schirm ausgestattet, um die direkte Strahlung zu blockieren und nur die diffuse Strahlung zu messen.
  2. Berechnungen: Meteorologische Modelle und Satellitendaten helfen, die diffuse Strahlung auf globaler und regionaler Ebene zu quantifizieren.

Bedeutung und Anwendungen

  1. Solarenergie: Diffuse Strahlung ist wichtig für die Leistungsfähigkeit von Solaranlagen. Photovoltaikanlagen und solarthermische Systeme nutzen sowohl direkte als auch diffuse Strahlung.
    • Flachkollektoren: Diese Systeme profitieren von diffuser Strahlung, da sie Licht aus verschiedenen Winkeln absorbieren können.
    • Konzentratorsysteme: Diese Systeme sind stärker auf direkte Strahlung angewiesen und weniger effektiv bei diffuser Strahlung.
  2. Klimaforschung: Diffuse Strahlung beeinflusst den Strahlungshaushalt der Erde und somit das Klima. Sie spielt eine Rolle bei der Photosynthese und der Erwärmung der Erdoberfläche.
  3. Landwirtschaft: Diffuse Strahlung beeinflusst das Pflanzenwachstum, da sie das Licht gleichmäßiger verteilt und Schattenbereiche reduziert.

Einflussfaktoren

  1. Geografische Lage: Die Menge der diffusen Strahlung variiert je nach Breitengrad, Höhenlage und Nähe zu Gewässern.
  2. Wetterbedingungen: Bewölkung, Luftqualität und atmosphärische Bedingungen beeinflussen die Menge der diffusen Strahlung. An bewölkten Tagen ist der Anteil der diffusen Strahlung höher.
  3. Jahreszeit: Die Jahreszeit beeinflusst die Intensität der diffusen Strahlung, mit höheren Werten in den Wintermonaten in gemäßigten Breiten.

Vorteile und Herausforderungen

Vorteile:

  1. Gleichmäßige Beleuchtung: Diffuse Strahlung sorgt für eine gleichmäßigere Beleuchtung ohne harte Schatten, was für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein kann.
  2. Stabile Energieversorgung: Solaranlagen, die diffuse Strahlung nutzen, können auch bei bewölkten Bedingungen Strom erzeugen.

Herausforderungen:

  1. Effizienz: Die Effizienz von Solarsystemen kann bei hohem Anteil diffuser Strahlung niedriger sein, insbesondere bei Systemen, die auf direkte Strahlung angewiesen sind.
  2. Messung und Modellierung: Die genaue Messung und Modellierung diffuser Strahlung erfordert fortschrittliche Technologien und präzise meteorologische Daten.

Zusammenfassung

Diffuse Strahlung ist ein wesentlicher Bestandteil der Solarstrahlung und beeinflusst zahlreiche Bereiche von der Solarenergie bis hin zur Klimaforschung und Landwirtschaft. Sie wird durch Streuung in der Atmosphäre erzeugt und variiert je nach geografischer Lage, Wetterbedingungen und Jahreszeit. Für die effektive Nutzung und Planung von Solaranlagen sowie das Verständnis des Strahlungshaushalts der Erde ist das Wissen über diffuse Strahlung unerlässlich.