Kurzwellige Strahlung

Kurzwellige Strahlung (direkte, diffuse und reflektierte Solarstrahlung = solare Wärmeeinträge)

Kurzwellige Strahlung (mit Wellenlängen von ca. 0.5 - 1 µm => sichtbarer Lichtbereich 380-780 nm) stammt von der Sonne, erreicht Werte bis ca. 1000 W/m² und weist einen ausgeprägten Tagesgang auf. Nachts ist keine kurzwellige Strahlung vorhanden. Bauteile können kurzwellige Strahlung absorbieren und reflektieren aber nicht selbst aussenden.

• kurzwellige diffuse Strahlung
• kurzwellige direkte Strahlung
• kurzwellige Globalstrahlung (Summe aus direkter und indirekter Strahlung)
• kurzwellige reflektierte Strahlung

Die kurwellige direkte Strahlung wird meist als Strahlung auf einer ebenen (horizontalen) Fläche gemessen. Für die Berücksichtigung in der Berechnung muss der Sonnenstand und die Ausrichtung des Bauteils berücksichtigt werden.

Berechnungen

mittlere Ortszeit, wahre Ortszeit, Stundenwinkel

Für die kurzwellige Strahlung ist es wichtig, den Standort und die Strahlungsrichtung der Sonne zu kennen. Für die Berechnung des Sonnenstandes ist deshalb der Standort entscheidend. Daraus ermittelt sich die mittlere Ortszeit (MOZ) und die wahre Ortszeit (WOZ):

MOZ = MEZ - 4 * (15- λ) / 60
WOZ = MOZ + Zgl / 60

Zeitgleichung, Sonnendeklination, Sonnenhöhe, Azimut

Mit dem Tag des Jahres als Winkel (J' = J*36°/360) lässt sich dann die Zeitgleichung

Zgl(J) = 0,0066 + 7,3525*cos(J'+85,9°) + 9,9359*cos(2*J'+108,9°) + 0,3387*cos(3*J'+105,2°)

, der Stundenwinkel ω

ω = 12 - WOZ) * 15

und die Sonnendeklination

δ(J) = 0,3948 - 23,2559*cos(J'+9,1°) - 0,3915*cos(2*J'+5,4°) - 0,1764*cos(3*J'+26,0°)

ermitteln.

Die Sonnenhöhe γ_S ermittelt sich aus der Lage des Ortes (φ = Breitengrad [Latitude]), dem Stundenwinkel ω und der Deklination:

γS = arcsin( cos ω * cos φ * cos δ + sind φ * sin δ )

Mit der Sonnenhöhe lässt sich auch das Azimut (Horizontalwinkel) der Sonne berechnen:

αS = 180° +/- arccos((sin γs * sin φ - sin δ)/(cos γs * cos φ))

Strahlungswerte

Die mittlere extraterrestrische Solarstrahlung beträgt etwa I_0,mittel = 1.367 W/m². Die vom Sonnenabstand abhängige extraterrestrische Strahlung kann wie folgt ermittelt werden: I0 = I0,mittel * 1 + 0,03344 * cos(J').

Die auf der Erde auftreffende kurzwellige Strahlung ist von der Raylight Atmosphäre δ_R0 und der Dicke der mittleren Luftmasse sowie der geografischen Höhe (Luftdruck) abhängig.

Umrechnung auf beliebige Orientierungen

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Berechnungen der kurzwelligen Strahlung des unbedeckten Himmels (Clear Sky Model)

• ASHARE Clear Sky model (Ashare Clear Sky Model, 2005) -> siehe EnergyPlus
• ASHARE Clear Sky model (Ashare Revised Clear Sky Model, 2009) -> siehe EnergyPlus
• Zhang-Huang Solar Model -> siehe EnergyPlus
• Perez Direkt/Diffuse Splitting Model -> siehe EnergyPlus
• DIN 5034-2 [1985-02]
• DIN EN ISO 15927-1
• VDI 3789 Blatt 2 [1994-10] (Entwurf VDI 3789 [2016-09])
• VDI 6007 Blatt 3
• NREL Eugene L. Maxwell: Clear Sky Model, 1987
• NREL Richard E. Bird / Roland L. Hulstrom: A Simplified Clear Sky Model, 1981

Siehe auch: Langwellige Strahlung, Wärmequellen aufgrund solarer Einstrahlung, Absorptionsgrad, Albedo