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Diffuse Strahlung

Sonnenlicht gelangt entweder als direkte Strahlung auf die Erde oder erfährt durch Wolken oder Gewässer eine Ablenkung, Streuung oder Reflexion. In diesem Fall spricht man von einer sog. "diffusen Strahlung". Diffuse Strahlung bildet somit das Gegenstück zur etwas stärkeren direkten Strahlung oder dem Überbegriff der Globalstrahlung. Aus elektromagnetischer Sicht verfügt die diffuse Strahlung über einen hohen Anteil an langwelliger Strahlung und hat in den meisten Fällen ihren Ursprung in der Wolkenbildung und somit klimatischen Einflüssen des Wetters. Rund die Hälfte des einfallenden Lichts auf der Erde wurde bereits gestreut. Ganz gut bemerkt man diesen Effekt wenn man einmal die Helligkeit eines Schattens genauer betrachtet. Gäbe es keine diffuse Strahlung, so müsste dieser Bereich, da nicht direkt mit Sonnenlicht bestrahlt, in absoluter Finsternis liegen. Da dieser Anteil einen erheblichen Einfluss auf die Ausbeute einer Solaranlage besitzt, lohnt es sich diesen Effekt einmal näher zu untersuchen.

Die folgende Grafik veranschaulicht den Zusammensetzung der Globalstrahlung aus diffusem und direktem Sonnenlicht mit der jeweiligen Intensität im Jahresverlauf.

Solarstrahlung der Sonne
Zusammensetzung der diffusen Strahlung und Unterscheidung zum direkten Licht und der Globalstrahlung

Diffuse Strahlung in der Solartechnik

CPC Spiegel in der Solartechnik
Direktes und diffuses Licht wird gebündelt

Zur energetischen Nutzung diffuser Strahlung in der Solartechnik empfiehlt sich insbesondere in unseren Breitengraden Deutschlands der Einsatz eines Hochleistungs-Solarkollektors wie etwa einem CPC Vakuumröhrenkollektor. Durch seine hochselektive Beschichtung auf dem Absorber und Isolierung vor Wärmeverlusten, gepaart mit eine optimierter Spiegelfläche ermöglicht er als einziger Kollektor-Typ die effektive Verwertung diffuser Strahlung zur solaren Heizungsunterstützung und der reinen solaren Warmwasserbereitung. Solarkollektoren mit sog. CPC-Spiegeln (CPC = Compound Parabolic Concentrator) erlauben stets eine Fokussierung gestreuten, oder auch "diffusen Lichts" zur Absorberbeschichtung im Inneren der Vakuumröhren des Kollektors.

Kollektor zur Strahlen-Bündelung
Solarkollektor AQUA PLASMA mit reflektierenden Spiegel für diffuse Strahlung

Diffuse Strahlung oder Sonnenlicht wird aufgrund der Wolkenbildung oder sonstiger atmosphärischer Einflüsse von dem ursprünglichen geraden Vektor von der Sonne abgelenkt und gestreut. In Konsequenz treffen die Sonnenstrahlen in gebrochenen und unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Erde. Und ebenso auf einen Solarkollektor der möglichst viel Licht in Wärme umwandeln soll. Durch eine speziell entwickelte Spiegel-Geometrie wird dieser Ertrags-mindernde Effekt, zumindest bei der Verwendung von CPC-Vakuum-Röhrenkollekten ausgeglichen. Dasselbe Prinzip speziell angefertigter Spiegelflächen findet auch beim Konzept großer solarthermischer Kraftwerke zur Gewinnung von Sonnenstrom im industriellen Maßstab mit einem Parabolrinnenkraftwerk Anwendung.

Parabolrinnenkraftwerk  fangen auch diffuse Energie ein
Parabolrinnenkraftwerk © Solar Millenium AG

Auch hier, bei einem Parabolrinnenkraftwerk lenken gebogene Spiegel das Sonnenlicht stets zum Röhren-Inneren und sorgen für einen hohen solaren Wirkungsgrad und letzten Endes für einen attraktiven Preis der gewonnenen solaren Kilowattstunde. Einfache Solarthermie mit weniger effektiven Flachkollektoren sind dagegen konstruktionsbedingt nicht in der Lage gebrochenes Licht oder diffuse Strahlung im selben solaren Effizienz- und Wirkungsgrad einzusetzen. Hierbei wird in der gängigen Praxis gerne versucht, die Nachteile der Technologie anhand einer größeren Absorberfläche oder mehr Kollektoren und somit größeren Solaranlagen auszugleichen. Oftmals resultieren daraus Probleme mit thermischer Stagnation im Hochsommer, wenn die Wärme des Wasser-Glykol-Gemisches nicht in den randvollen Speicher ab-zutransportieren ist. Wasser als Solarflüssigkeit wie beim AquaSolar System besitzt hier einen klaren Vorteil.

Solar Lexikon