grundlagen:sonne:solarstrahlung
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grundlagen:sonne:solarstrahlung [2023/09/15 13:19] – wfeist | grundlagen:sonne:solarstrahlung [2024/04/30 22:15] (aktuell) – [Langjährige Monatsmittel der Einstrahlung] wfeist | ||
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|<WRAP box 11cm> Die Sonne ist ein gigantischer Plasmaball mit einem Durchmesser von etwa 1,4 Mio km. Tief im Kern des Gestirns herrschen | |<WRAP box 11cm> Die Sonne ist ein gigantischer Plasmaball mit einem Durchmesser von etwa 1,4 Mio km. Tief im Kern des Gestirns herrschen | ||
- | Die uns von der Sonne erreichende Strahlung ist im wesentlichen Wärmestrahlung der heißen Sonnenoberfläche (5772 K) - im Kapitel über die Temperaturstrahlung hatten wir das bereits als Beispiel aufgeführt. Bei derart hohen Temperaturen liegt das Maximum der ausgesendeten Strahlung im sichtbaren Bereich (etwa 0,5 µm); aber auch UV-Licht und eine ganze Menge Infrarot-Strahlung wird von der Sonnen | + | Die uns von der Sonne erreichende Strahlung ist im wesentlichen Wärmestrahlung der heißen Sonnenoberfläche (5772 K) - im Kapitel über die Temperaturstrahlung hatten wir das bereits als Beispiel aufgeführt. Bei derart hohen Temperaturen liegt das Maximum der ausgesendeten Strahlung im sichtbaren Bereich (etwa 0,5 µm); aber auch UV-Licht und eine ganze Menge Infrarot-Strahlung wird von der Sonne abgestrahlt, |
Typischerweise durchquert die Sonnenstrahlung etwa 1,5 atmosphärische Massen bevor sie den Erdboden trifft: Dort ist die Strahlung bei klarem Wetter dann auf etwa 1000 W/m² abgeschwächt. Je nach geographischer Länge und standorttypischer Bewölkung liegt die insgesamt am Boden über ein Jahr eingestrahlte Sonnenenergie zwischen 800 kWh/m² und 2700 kWh/m²; typisch für Deutschland sind 1000 kWh/m².\\ \\ | Typischerweise durchquert die Sonnenstrahlung etwa 1,5 atmosphärische Massen bevor sie den Erdboden trifft: Dort ist die Strahlung bei klarem Wetter dann auf etwa 1000 W/m² abgeschwächt. Je nach geographischer Länge und standorttypischer Bewölkung liegt die insgesamt am Boden über ein Jahr eingestrahlte Sonnenenergie zwischen 800 kWh/m² und 2700 kWh/m²; typisch für Deutschland sind 1000 kWh/m².\\ \\ | ||
- | Bei Gebäuden sind vor allem Oberflächen mit lotrechten Orientierungen wie bei der überwiegenden Anzahl von Fenstern interessant. Wir stellen in den folgenden drei Diagrammen Intensitäten((Einstrahlleistung in kW/m²)), wie sie im Zuge der messtechnischen Datenaufnahme am Standort Darmstadt Kranichstein gemessen wurden, dar. Zum Vergleich wird auch die auf eine horizontale Fläche auftretende Strahlung mit dargestellt((auch Globalstrahlung genannt)). | + | ====Beispielhafte Messergebnisse zur Einstrahlung==== |
- | |{{ : | + | Wir stellen in den folgenden drei Diagrammen Intensitäten((Einstrahlleistung in kW/m²)), wie sie im Zuge der messtechnischen Datenaufnahme am Standort Darmstadt Kranichstein gemessen wurden, dar. Zum Vergleich wird auch die auf eine horizontale Fläche auftretende |
- | |Der 23. Juni 2023 war ein überwiegend klarer Sommertag. Von Sonnenauf- bis Untergang stand die Sonne am Himmel, das waren fast 16 h. Weil die Sonne auch relativ hoch steht, kommt es auch nicht zu nennenswerter Verschattung - die maximale Intensität auf der Horizontal lag bei 923 W/m². Die Strahlung auf die Südfassade ist erkennbar deutlich geringer, sie erreicht an diesem Tag nur 524 W, direkte Einstrahlung gibt es auf diese Fläche nur über 9 h. Auffällig ist dagegen die hohe Intensität auf West- und Ost-orientierte Flächen, hier liegen die Intensitäten bei bis zu 807 W/m². Schön erkennbar sind auch die beiden " | + | |
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+ | |Der 23. Juni 2023 war ein überwiegend klarer Sommertag. Von Sonnenauf- bis Untergang stand die Sonne am Himmel, das waren fast 16 h. Weil die Sonne auch relativ hoch steht, kommt es auch nicht zu nennenswerter Verschattung - die maximale Intensität auf der Horizontale lag bei 923 W/m² (im Diagramm grün). Die Strahlung auf die Südfassade (gelb) ist erkennbar deutlich geringer, sie erreicht an diesem Tag nur 524 W, direkte Einstrahlung gibt es auf diese Fläche nur über 9 h. Auffällig ist dagegen die hohe Intensität auf West(blau)- und Ost(rot)-orientierte Flächen, hier liegen die Intensitäten bei bis zu 807 W/m². Schön erkennbar sind auch die beiden " | ||
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+ | |Am 8. September 2023 war ebenfalls ein durchgehend klarer Tag, allerdings ist die Zeit der direkten Besonnung | ||
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+ | |Etwas anders die Situation an einem klaren Wintertag, von denen es übrigens rund 5 im Dezember gibt. Die Dauer des hellen Tages ist mit nur noch 8 h gering - weil die Sonne auch noch sehr tief steht, erreicht die Globalstrahlung auf die Horizontale nur etwa 340 W/m². Besser sieht es für die Südfassade aus: Hier liegt das Maximum immer noch bei 840 W/m²; die Tagessumme auf die Südseite erreicht rund 4 kWh/m². Wenn im Winter am Standort die Sonne scheint, so kann diese durchaus einen nennenswerten passiv solaren Beitrag zum Ausgleich von Wärmeverlusten leisten. Die Strahlungsangebote auf die Ost- und Westseite sowie insbesondere auf die Nordseite sind aber sehr bescheiden. | | ||
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+ | |Die überwiegende Zahl der Wintertage am Standort ist allerdings wolkenverhangen. Zwei dieser Tage zeigen die oben dokumentierten Messdaten: Hier wird es über 8 h des Tages durchaus noch ' | ||
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+ | Schon aus dem letzten Diagramm können wichtige Indizien für das winterliche Verhalten von Verglasungen an einem solchen Standort gezogen werden: Gehen wir von einer Außentemperatur von z.B. 2°C aus((typisch für stark bewölkte Wintertage)), | ||
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+ | Bei Gebäuden sind vor allem Oberflächen mit lotrechten Orientierungen wie bei der überwiegenden Anzahl von Fenstern interessant. \\ \\ | ||
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+ | ====Langjährige Monatsmittel der Einstrahlung==== | ||
+ | Die behandelten Beispiele beziehen sich auf zwar typische, aber eben doch konkrete Bedingungen zu einzelnen Zeitpunkten. Zuverlässigere Aussagen sind möglich, wenn wir die langjährigen Monatssummen des Strahlungsangebotes verwenden: Für diese gibt es umfassenden Datensammlungen. Für das Passivhaus Projektierungs Paket PHPP wurden z.B. monatliche Mittelwerte der relevanten Strahlungsdaten und andere Klimaparameter zusammen gestellt. | ||
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+ | |Von den deutschen Großstädten hat München das höchste Solarangebot mit rund 1124 kWh/(m²a) für das ganze Jahr und im Minimum auf einer vertikalen Südfläche auch im Dezember immer noch 34 kWh/ | ||
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+ | |In Hamburg liegt die Jahressumme der Globalstrahlung mit 934 kWh/(ma²) gar nicht extrem viel niedriger; allerdings ist auch für eine vertikale Südfläche der Dezembereintrag hier mit nur 20 kWh/ | ||
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+ | Das solare Strahlungsangebot hat einen bedeutenden Einfluss auf den Bedarf an Heizwärme in einem Gebäude. Die Höhe dieses Angebotes ist im durchschnittlichen Jahresverlauf gut bekannt - das haben wir auf dieser Seite beschrieben. Um den Einfluss auf ein Gebäude zu quantifizieren, | ||
+ | - Aktive Nutzung der Strahlung durch **Licht-Elektrizität-Energiewandler (Photo-Voltaik)**: | ||
+ | - Aktive Nutzung der Strahlung durch einen **thermischen Sonnenkollektor**: | ||
+ | - **Passive Nutzung** der Sonnenenergie durch bis in die Innenräume eindringende (" | ||
+ | - **Passive Nutzung** der Sonnenenergie durch auf der **Außenseite** von Bauteilen **absorbierte Strahlung**: | ||
+ | - **Indirekter Einfluss** durch die Erwärmung auch von Flächen in der Umgebung des Hauses. Jene stehen nämlich im Wärmestrahlungsaustausch mit den Oberflächen des Gebäudes - und sie erwärmen die Umgebungsluft. Das ist die überwiegende Ursache für den Tag-Nacht-Gang der Außentemperatur und in dieser auch weit überwiegend schon berücksichtigt. In geschickt genutzten Lagen kann eine lokale Erwärmung aber durchaus einen gewissen Einfluss auf die Bilanz haben; in aller Regel ist der Einfluss aber gering - das PHPP bleibt bzgl. solcher Effekte bewusst auf der sicheren Seite und macht hier, wegen der großen Unsicherheit und der ohnehin geringen Auswirkungen, | ||
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grundlagen/sonne/solarstrahlung.1694776747.txt.gz · Zuletzt geändert: 2023/09/15 13:19 von wfeist