Artikel aktualisiert am 26.04.2023
von Boris Stippe | ca: 8 Min. zu lesen

Direkte Strahlung

Wie beeinflusst Sonnenstrahlung die Solarmodule?

Unter Direktstrahlung versteht man die Sonnenstrahlung, die ohne Streuung oder Reflexion durch andere Objekte auf eine bestimmte Fläche trifft. Diese Art der Strahlung ist besonders effektiv für die Erzeugung von Solarstrom, da sie eine hohe Intensität und Energie besitzt.

Direkte Sonneneinstrahlung (Bildquelle: sakura – stock.adobe.com)

Direkte Strahlung ist ein wichtiger Begriff im Bereich der Solarenergie und bezeichnet die ungestörte Sonnenstrahlung, die direkt auf eine bestimmte Fläche trifft, ohne vorher von anderen Objekten gestreut oder reflektiert zu werden. Im Gegensatz zur diffusen Strahlung, die von der Himmelskuppel reflektiert wird und aus keiner bestimmten Richtung kommt, ist die direkte Strahlung eine gerichtete und fokussierte Energiequelle mit hoher Intensität und Energie.

Direkte Strahlung ist für die Erzeugung von Solarstrom besonders effektiv, da sie eine hohe Energiedichte und damit eine hohe Ausbeute an elektrischer Energie aufweist. Solarzellen aus Materialien wie Silizium wandeln die direkte Strahlung in elektrische Energie um, wobei ein Teil der Strahlung in nutzbare Energie umgewandelt wird.

Die direkte Strahlung ist auch ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der optimalen Standorte für Solaranlagen. Standorte mit höherer Direktstrahlung können mehr Solarstrom erzeugen und sind daher für die Installation von Solaranlagen attraktiv. Während die diffuse Strahlung gleichmäßig über den Tag verteilt ist, hängt die Intensität der direkten Strahlung von Faktoren wie dem Sonnenwinkel, der Höhe der Sonne am Himmel und dem Vorhandensein von Wolken ab. Daher ist es wichtig, die direkte Strahlung zu messen, um die Leistung von Solaranlagen zu optimieren und die Effizienz der Stromerzeugung zu erhöhen.

Was ist der Unterschied zwischen direkter und diffuser Strahlung?

Direkte Strahlung ist die Sonnenstrahlung, die auf eine bestimmte Fläche trifft, ohne von anderen Objekten gestreut oder reflektiert zu werden. Diese Art der Strahlung kommt direkt von der Sonne und ist besonders effektiv für die Erzeugung von Solarenergie. Direkte Strahlung ist gerichtet und fokussiert und hat eine höhere Intensität und Energie als diffuse Strahlung. Solarzellen, die aus Materialien wie Silizium hergestellt werden, wandeln die direkte Strahlung in elektrische Energie um, wodurch ein Teil der Strahlung in nutzbare Energie umgewandelt wird.

Diffuse Strahlung ist die Sonnenstrahlung, die von der Himmelskuppel reflektiert wird und nicht aus einer bestimmten Richtung kommt. Sie entsteht durch die Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre und ist über den Tag gleichmäßiger verteilt als die direkte Strahlung. Diffuse Strahlung ist weniger intensiv als direkte Strahlung und wird oft als indirektes Licht bezeichnet.

Die Intensität der direkten Strahlung hängt von Faktoren wie dem Sonnenwinkel, der Höhe der Sonne am Himmel und dem Vorhandensein von Wolken ab. An klaren Tagen mit wenig Wolken und hohem Sonnenstand ist die direkte Strahlung am stärksten. An bewölkten Tagen, wenn die Sonne durch Wolken verdeckt ist, wird die direkte Strahlung blockiert und es tritt mehr diffuse Strahlung auf.

In der Praxis werden sowohl die direkte als auch die diffuse Strahlung berücksichtigt, um das Stromerzeugungspotenzial von Solaranlagen zu bewerten. In vielen Regionen sind Einstrahlungsmessungen für beide Strahlungsarten verfügbar, um die effektive Stromerzeugung der Solaranlage zu optimieren.

Wie wird die Direktstrahlung gemessen?

Eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Messung der Direktstrahlung ist die Verwendung von Pyranometern. Pyranometer sind spezielle Instrumente, die sowohl die Direktstrahlung als auch die diffuse Strahlung messen können. Pyranometer bestehen aus einem flachen, horizontalen Sensor, der in der Lage ist, die Menge des auftreffenden Sonnenlichts zu messen. Der Sensor ist normalerweise von einer Glaskuppel umgeben, die ihn vor Regen und Schmutz schützt.

Ein weiteres Instrument zur Messung der Direktstrahlung ist der Heliograph. Der Heliograph ist ein optisches Instrument, mit dem die Position der Sonne am Himmel bestimmt wird. Mit Hilfe des Heliographen kann die genaue Richtung der Direktstrahlung bestimmt und somit die Position von Solaranlagen optimiert werden.

Neben diesen Spezialinstrumenten können auch einfache Sonnenstrahlungsmesser oder Luxmeter zur Messung der Direktstrahlung verwendet werden. Diese Geräte messen die Helligkeit des einfallenden Sonnenlichts und können so eine grobe Abschätzung der Direktstrahlung liefern.

In der Praxis werden Direktstrahlungsmessungen häufig durch Satellitendaten ergänzt, um eine genauere Vorstellung von der Intensität und Verteilung der Sonnenstrahlung zu erhalten. Diese Daten werden zur Modellierung und Optimierung der potenziellen Stromerzeugung durch Solaranlagen verwendet.

Wie wirkt sich die Änderung des Sonnenwinkels auf die Direktstrahlung und den Wirkungsgrad von Solarzellen aus?

Der Winkel der Sonne am Himmel wird von der Jahreszeit und der geographischen Breite beeinflusst. In der Nähe des Äquators ist der Sonnenwinkel das ganze Jahr über relativ hoch, was zu einer höheren Intensität der Direktstrahlung führt. In höheren Breiten, z.B. in nördlichen Ländern, ist der Sonnenwinkel im Winter flacher, was zu einer geringeren Intensität der Direktstrahlung und zu einem geringeren Wirkungsgrad der Solarzellen führt.

Ein weiterer Faktor, der den Sonnenwinkel beeinflusst, ist die Tageszeit. Zur Mittagszeit ist der Sonnenwinkel am größten und die Intensität der Direktstrahlung am höchsten. Am frühen Morgen und am späten Nachmittag ist der Winkel flacher, was zu einer geringeren Intensität der Direktstrahlung führt.

Solarzellen wandeln die direkte Strahlung in elektrische Energie um. Der Wirkungsgrad von Solarzellen hängt davon ab, wie effektiv sie die Energie der Direktstrahlung absorbieren und umwandeln können. Je höher die Intensität der Direktstrahlung, desto mehr Photonen werden absorbiert und desto höher ist der Wirkungsgrad.

Allerdings können zu hohe Temperaturen, die durch eine höhere Intensität der Sonnenstrahlung verursacht werden, auch den Wirkungsgrad von Solarzellen verringern. Solarzellen können bei zu hohen Temperaturen an Effizienz verlieren, was zu einer geringeren Stromausbeute führt. Daher sind Kühlmechanismen wie Wasserkühlung für Solaranlagen in sonnenreichen Gebieten notwendig.

Warum ist die direkte Strahlung für die Stromerzeugung aus Sonnenenergie wichtiger als die diffuse Strahlung?

Für die Stromerzeugung aus Sonnenenergie ist die direkte Strahlung wichtiger als die diffuse Strahlung, da sie eine höhere Energieintensität aufweist und daher effizienter genutzt werden kann. Während die diffuse Strahlung vom Himmelszelt reflektiert wird und gleichmäßig über den Tag verteilt ist, kommt die direkte Strahlung gerichtet und gebündelt direkt von der Sonne.

Solarzellen wandeln die direkte Strahlung in elektrische Energie um, wodurch ein Teil der Energie in nutzbare Energie umgewandelt wird. Direkte Strahlung kann höhere Spitzenleistungen erzeugen als diffuse Strahlung und ist daher ein entscheidender Faktor für die effektive Stromerzeugung aus Solarenergie.

Die Effizienz der Stromerzeugung aus Sonnenenergie hängt auch von der Intensität und dem Winkel der direkten Strahlung ab. Eine höhere Intensität der Direktstrahlung führt zu einer höheren Menge an absorbierten Photonen, was den Wirkungsgrad der Solarzellen erhöht.

Diffuse Strahlung hingegen ist für die Erzeugung von Solarenergie weniger effektiv, da sie weniger intensiv und gleichmäßiger verteilt ist. Solarmodule können zwar auch diffuses Licht in elektrische Energie umwandeln, der Wirkungsgrad ist jedoch geringer als bei direkter Strahlung.

Wie hängen Wetterbedingungen wie Bewölkung und Nebel mit der direkten Strahlung zusammen und wie beeinflussen sie die Leistung von Solaranlagen?

Bei bedecktem Himmel sinkt die Intensität der direkten Strahlung, die auf die Solarzellen trifft. Gleichzeitig nimmt die diffuse Strahlung zu, da das Sonnenlicht von den Wolken gestreut und reflektiert wird. Der Wirkungsgrad der Solarzellen hängt jedoch von der direkten Strahlung ab, die durch Wolken weniger gut durchdringt. Daher ist der Wirkungsgrad von Solaranlagen an bewölkten Tagen geringer.

Die Auswirkungen von Wolken auf die Leistung von Solaranlagen hängen von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Dicke und Höhe der Wolken, der Bewegung der Wolken und der Position der Sonne. Die Auswirkungen können auch je nach Art des Solarmoduls unterschiedlich sein. Einige Solarmodule, insbesondere Dünnschichtmodule, können diffuses Licht besser nutzen als andere. Die meisten Hochleistungssolarzellen und -module sind jedoch so konstruiert, dass sie die direkte Strahlung effektiver nutzen.

Auch Nebel kann die direkte Strahlung verringern, da er aus feinen Wassertropfen besteht, die das Sonnenlicht streuen und absorbieren können. Die Auswirkungen von Nebel auf die Leistung von Solaranlagen können jedoch regional unterschiedlich sein, da die Dichte und Höhe des Nebels variiert.

Wo finde ich Informationen über die Direktstrahlung an einem bestimmten Standort, um die Planung und den Betrieb von Solaranlagen zu optimieren?

Eine der häufigsten Quellen für Informationen zur Direktstrahlung ist das National Renewable Energy Laboratory (NREL). Das NREL betreibt verschiedene Messstationen in den USA, die Daten zur Direktstrahlung und anderen solaren Einstrahlungswerten liefern. Diese Daten sind frei zugänglich und können für die Planung und Optimierung von Solaranlagen genutzt werden.

Eine weitere wichtige Quelle sind Wetterdienste. Diese Dienste können Daten über Sonneneinstrahlung, Wolkenbedeckung und andere Wetterbedingungen liefern. Unternehmen wie The Weather Company und AccuWeather bieten weltweite Wettervorhersagen an, die auch Informationen zur Direktstrahlung enthalten können.

Lokale Energieversorgungsunternehmen (EVU) können ebenfalls Daten zur Direktstrahlung liefern. Diese Unternehmen haben oft Zugang zu Informationen über die Energieproduktion und -nutzung in bestimmten Gebieten und können daher genaue Vorhersagen über die Sonneneinstrahlung machen.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Satellitendaten, um Informationen über die Direktstrahlung an einem bestimmten Standort zu erhalten. Satellitendaten liefern detaillierte Informationen über die Sonneneinstrahlung in verschiedenen Regionen und können zur Vorhersage der Sonneneinstrahlung an bestimmten Standorten verwendet werden..

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