Sonnenlicht und Strahlung

Wellenlängen, sichtbares Spektrum, Farbe und Energie

Sonnenlicht ist eine wellenförmige und elektromagnetische Strahlung, von der jedoch nur ein relativ kleines Spektrum zwischen Wellenlängen von 380 und 780 Nanometer sichtbar ist. Diese Wellenlängen werden als Farbtöne in einem Verlauf von Violett, Blau, Grün, Gelb, Orange zu Rot wahrgenommen. Das menschliche Auge reagiert am besten auf Wellenlängen um 500 nm, also im Grünbereich und etwa in der Mitte des sichtbaren Spektrums. Das Verhältnis von sichtbarer und unsichtbarer Strahlung teilt sich ungefähr in 52% sichtbare Strahlung, ca. 42% langwellige Infrarot-Strahlung und ca. 6% kurzwellige Ultraviolettstrahlung auf. Dieses Verhältnis bezieht sich auf Messungen auf Meeresniveau, ist jedoch veränderbar und abhängig von Tages- und Jahreszeit, dem Wetter, der Höhe sowie der geographischen Breite.

Gallerie

Wellen, die kürzer sind als 380 nm, sind als Ultraviolettes Licht nicht mehr sichtbar, jedoch biologisch spürbar z.B. bei der Pigmentierung der Haut und bei Sonnenbrand. Noch kürzere Wellen haben Röntgenstrahlung (x-ray) sowie Gamma- und Höhenstrahlung. Die Röntgenstrahlung wurde erst 1895 von Konrad Röntgen entdeckt, Gammastrahlen erst um 1900 durch Antoine Henri Becquerel und Paul Villard.

Als photobiologisch wirksame Strahlung nach DIN 5031 wird unterschieden zwischen:

  • UV-C 100 bis 280 nm
  • UV-B 280 bis 315 nm
  • UV-A 315 bis 380 nm
  • XUV (extrem ultraviolette Strahlung) 1 nm bis 50 nm, z.B. messbar in der Weltraumforschung.

Wellen wiederum, die länger sind als 780 nm, sind als Infrarot-Strahlung ebenfalls nicht mehr sichtbar, aber als elektromagnetische Wärmestrahlung spürbar. Zu den elektromagnetischen Stahlen gehören außerdem die Mikrowellen (1 mm bis 1 m), Radar-, Fernseh- und Radiowellen, z.B. genutzt bei Sensoren und Fernbedienungen. Bei der Infrarot-Strahlung wird unterschieden zwischen:

  • IR-A 780 bis 1.400 nm
  • IR-B 1.400 bis 3.000 nm
  • IR-C 3.000 bis 1.000.000 nm

Anorganische und organische Photovoltaik

Bereits 1839 erkannte Alexandre Edmond Becquerel, der Vater von Antoine Henri Becquerel, dass sich insbesondere das langwellige Sonnenlicht nicht nur für Wärme, sondern auch für elektrischen Strom nutzen ließ. Er gilt als der Erfinder der Photovoltaik, die zunächst nur in Kameras bei der Lichtmessung genutzt wurde. Vereinfacht ausgedrückt bewirkt die elektromagnetische Strahlung, dass Photonen auf eine Metalloberfläche treffen und Elektronen lösen - es entsteht eine elektrische Spannung. Das bekannteste Material für Solarzellen ist Silizium, das auf ein Wellenspektrum von 300 nm bis 1.400 nm reagiert. Andere Typen sind z.B. Kupfer-Indium-Sulfid und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid. Unterschieden wird zwischen monokristallinen, polykristallinen und amorphen Solarzellen, je nach Herstellung, Verarbeitung, Dicke und Wirkungsgrad.

Aktuell werden umfassende Forschungen zur Weiterentwicklung organischer Photovoltaikanlagen durchgeführt, etwa beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Es wird daran gearbeitet, die Wirkungsgrade der Zellen weiter zu erhöhen und die Technologie kostengünstig verfügbar zu machen. Organische Photovoltaikanlagen funktionieren mittels Kohlenwasserstoffverbindungen sowie halbtransparenten, transluzenten und biegsamen Zellen. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften können sie dabei in verschiedenen Bereichen Anwendung finden, etwa für Fenster oder Gewächshausgläser. Das natürliche Licht kann so für die Belichtung des Innenraums genutzt werden, während gleichzeitig Strom in der Fassade erzeugt wird. Da sie mit geringem Einsatz an Material und Energie hergestellt werden können, haben sie ein sehr hohes CO2-Einsparpotenzial.

Das Chemie- und Pharmaunternehmen Merck beschäftigt sich ebenfalls mit Forschungen bezüglich organischer Photovoltaikzellen und entwickelte für die Expo 2015 in Mailand das Projekt Solar Trees. Der Pavillon wurde 2018 auf dem Unternehmensgelände in Darmstadt wiederaufgebaut und zeigt, wie organische Photovoltaik sinnvoll eingesetzt werden kann. Die Semitransparente, textile Hülle der emporsteigenden, künstlichen "Bäume" spendet einerseits Schatten für Besuchende und ist gleichzeitig mit vielen organischen Photovoltaikzellen versehen, die die nötige Energie für den Betrieb des Pavillons erzeugen.

Fachwissen zum Thema

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An den bis zu tellergroßen Lotus-Blättern perlt das Regen- und Tauwasser ab, sodass Schmutz und Schädlinge keinen Halt finden. Im Bild ein Teich mit Lotus und Seerosen

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Lüftung, Luftwechsel, Luftzirkulation

Das physiologische Wohlbefinden der Menschen hängt dabei stark von der Qualität der Luft ab (im Bild: Lüftung über gläserne Schiebe-Elemente).

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Sommerlicher Wärmeschutz

Wesentliches Ziel des sommerlichen Wärmeschutzes ist es, der Überhitzung von Innenräumen vorzubeugen.

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Sommertag

Markante Hitzewellen, mit einer Serie von mindestens 14 Tagen, an denen der Durchschnitt der täglichen Höchsttemperatur mindestens 30 °C beträgt, wurden in Deutschland, der Schweiz und Österreich seit den 1990er-Jahren deutlich häufiger.

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Meteorologisch-klimatologische Kenntage und Messwerte

Sonnenlicht und Strahlung

Sonnenlicht ist eine wellenförmige und elektromagnetische Strahlung, von der jedoch nur ein relativ kleines Spektrum zwischen Wellenlängen von 380 und 780 Nanometer sichtbar ist.

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Wellenlängen, sichtbares Spektrum, Farbe und Energie

Starkregen, Wasser- und Schlagregendichtheit

Die Intensität extremer Niederschläge hat sich in Mitteleuropa um bis zu 19 Prozent erhöht (im Bild: Unwetter mit Starkregen über Berlin im Januar 2021).

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Visibilität

Getrübte Aussicht: Vom Lake Michigan aufsteigender Nebel hüllt die oberen Geschosse einiger Wolkenkratzer in Chicago komplett ein, im Bild das 346 m hohe Aon Center (vormals Standard Oil Building) von Edward Durell Stone, rechts dahinter der 262 m hohe Aqua Tower von Studio Jeanne Gang

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Ausblicke und Sichtweiten dienen bei Fenstern und Fenstertüren psychologischen, physiologischen und kommunikativen bzw. soziokulturellen Aufgaben.

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