Wie hängt gemäß Abstandsgesetz die Bestrahlungsstärke vom Abstand zum Strahler ab?
• Gemäß dem Abstandsgesetz nimmt die Bestrahlungsstärke quadratisch mit dem Abstand zum Strahler ab.
• Formel: E ∝ 1/r², wobei E die Bestrahlungsstärke und r der Abstand ist.
Beschreiben Sie, was unter der Solarkonstante zu verstehen ist, wie groß ist sie ungefähr (Einheit)?
• Die Solarkonstante ist die Strahlungsleistung der Sonne, die auf eine senkrecht stehende Fläche außerhalb der Erdatmosphäre auftrifft.
• Sie beträgt ungefähr 1367 W/m².
Wie lässt sich bei gegebenen Einfallswinkel die winkelbedingte Schwächung der Bestrahlungsstärke errechnen?
• Die Bestrahlungsstärke wird durch den Kosinus des Einfallswinkels θ abgeschwächt.
• Formel: Eθ = E0 * cos(θ), wobei E0 die senkrechte Bestrahlungsstärke ist.
Beschreiben Sie in ein paar Sätzen, welchen Einfluss die Erdatmosphäre auf die Sonnenstrahlung hat.
• Die Erdatmosphäre schwächt die Sonnenstrahlung ab, indem sie Teile davon reflektiert, streut und absorbiert.
• Moleküle und Partikel in der Atmosphäre zerstreuen die Strahlung, was zu einer Mischung aus direkter und diffuser Strahlung führt.
Was ist unter Diffusstrahlung zu verstehen?
• Diffusstrahlung ist der Teil der Sonnenstrahlung, der durch Streuung in der Atmosphäre aus verschiedenen Richtungen auf die Erdoberfläche trifft.
• Sie entsteht, wenn die direkte Strahlung gestreut wird.
Was ist unter Air‐Mass zu verstehen?
• Air-Mass beschreibt das Verhältnis der tatsächlichen Strecke, die das Sonnenlicht durch die Atmosphäre zurücklegt, zur minimalen Strecke bei senkrechtem Einfall.
• Formel: AM = 1 / cos(θz), wobei θz der Zenitwinkel der Sonne ist.
Was setzt der Clearness‐Index zueinander ins Verhältnis?
• Der Clearness-Index gibt das Verhältnis der tatsächlich auf die Erdoberfläche auftreffenden Strahlung zur extraterrestrischen Strahlung an.
• Er zeigt, wie viel Strahlung durch die Atmosphäre gelangt.
Wie stehen die Bestrahlungsstärke und die Bestrahlungsenergie zueinander im Verhältnis?
• Die Bestrahlungsenergie ist das Integral der Bestrahlungsstärke über die Zeit.
• Formel: E = ∫ E(t) dt.
Was lässt sich über den Sonnenstand sagen, wenn die Sonne den Meridian durchläuft? Machen Sie eine Skizze.
• Wenn die Sonne den Meridian durchläuft, steht sie am höchsten Punkt des Himmelsbogens (Sonnenhöchststand).
• Um 12 Uhr Ortszeit erreicht sie den höchsten Punkt des Tages.
Wie sind Sonnenzenitwinkel und Höhenwinkel mathematisch miteinander verknüpft?
• Der Höhenwinkel h ist der Komplementärwinkel zum Sonnenzenitwinkel θz.
• Formel: h = 90° - θz.
In welchem Fall ist der Einfallswinkel gleich dem Zenitwinkel?
• Der Einfallswinkel ist gleich dem Zenitwinkel, wenn die Fläche horizontal ausgerichtet ist.
• Dies ist der Fall, wenn die Neigung der Fläche null ist.
Von welchen Faktoren hängt der Höhenwinkel ab?
• Der Höhenwinkel hängt ab von:
- Geografischer Breite des Standorts.
- Tageszeit (Stundenwinkel).
- Deklination der Erde.
Was wird in der Solarthermie unter einer Aperturfläche verstanden?
• Die Aperturfläche ist die Fläche eines Solarkollektors, die die einfallende Sonnenstrahlung aufnimmt.
• Sie stellt die wirksame Fläche dar, die zur Energiegewinnung genutzt wird.
Welchen Winkel bezeichnet in der Solarthermie der Orientierungswinkel? Machen Sie eine Skizze.
• Der Orientierungswinkel beschreibt den Winkel zwischen der Flächennormalen einer Kollektorfläche und der Himmelsrichtung. • Ein Orientierungswinkel von 0° bedeutet, dass die Fläche nach Süden ausgerichtet ist.
Wie hängen Stundenwinkel, Wahre Ortszeit und Sonnenzeit zusammen?
• Der Stundenwinkel beschreibt den Winkel, den die Sonne relativ zum höchsten Stand (Meridian) hat.
• Wahre Ortszeit ist die lokale Zeit, basierend auf dem Sonnenstand.
• Sonnenzeit ist die Zeit, die sich nach der Position der Sonne richtet.
Wo entspricht die Wahre Ortszeit genau der gesetzlichen Zeit einer Zeitzone?
• Die Wahre Ortszeit entspricht der gesetzlichen Zeit einer Zeitzone auf dem Längengrad, der der Zeitzonenzeit entspricht. • Beispiel: 15. Längengrad für die Mitteleuropäische Zeit.
Was wird unter Tagundnachtgleiche verstanden?
• Die Tagundnachtgleiche ist der Zeitpunkt im Jahr, an dem Tag und Nacht gleich lang sind.
• Dies tritt zweimal im Jahr auf, etwa am 21. März und 21. September
Was kann über die Deklination der Erde am Tag der Sommersonnenwende gesagt werden?
• Am Tag der Sommersonnenwende erreicht die Deklination der Erde ihren maximalen Wert von etwa +23,45°.
• Dies bedeutet, dass die Sonne am nördlichen Wendekreis senkrecht steht.
Warum ist bei einem ost-west-nachgeführtem Kollektor der Einstrahlungswinkel in den Morgen- und Abendstunden am kleinsten?
• Alle Kurven schneiden sich im Stundenwinkel von 12:00 Uhr, wenn die Sonne den Meridian durchläuft.
• Dies ist der Punkt, an dem die Sonne am höchsten steht und der Kollektor genau nach Süden ausgerichtet ist.
Alle Kurven des über den Stundenwinkels aufgetragenen Nachführwinkels eines ost-west-nachgeführten Kollektors schneiden sich in einem Punkt. In welchem Punkt schneiden sie sich? Erklären Sie die Hintergründe.
Warum ist der Einfallswinkel eines ost-west-nachgeführten Kollektors in den sehr frühen Morgenstunden im Sommer zunächst groß, wird dann wieder kleiner, um mittags ein Maximum zu erreichen?
• In den frühen Morgenstunden steht die Sonne noch tief, sodass der Kollektor fast parallel zur Sonnenstrahlung ausgerichtet ist, was zu einem großen Einstrahlungswinkel führt.
• Im Verlauf des Tages steigt die Sonne, und der Einstrahlungswinkel wird kleiner.
• Zur Mittagszeit, wenn die Sonne ihren Höchststand erreicht, wird der Einstrahlungswinkel wieder größer, da der Kollektor maximal nachgeführt wird.
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