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Aufbau eines multidirektionalen Spektralradiometers zur Erfassung von zeitlich und spektral hochaufgelösten Verteilungen der Himmelsstrahldichte

 

Dr. Stefan Riechelmann

Leibniz Universität Hannover
Institut für Meteorologie und Klimatologie
Herrenhäuser Straße 2
30419 Hannover 

Tel.: +49 511.762 - 2679
E-Mail: riechelmannmuk.uni-hannover.de
Internet: www.muk.uni-hannover.de

Kurzbeschreibung

Die spektrale Strahldichte ist eine radiometrische Grundgröße, die Informationen über die spektrale und räumliche Verteilung der an einem Ort eintreffenden Strahlung liefert. Die Kenntnis der spektralen Himmelsstrahldichte ist essentiell für die präzise Berechnung der solaren Exposition geneigter Flächen oder komplexerer Oberflächen im Freien. Im technischen Anwendungsbereich kann dadurch die Ausrichtung von Photovoltaikanlagen an Standorten mit Bewölkung optimiert und eine realistische Variabilität von unterschiedlich ausgerichteten PV-Systemen simuliert werden. Dies ist im Hinblick auf die Stabilität von Stromnetzen mit steigenden Anteilen an Solarstrom interessant. Im medizinischen und biologischen Anwendungsbereich lassen sich biologisch wirksame Strahlungsdosen ableiten, die auf Lebewesen mit komplexer Oberfläche wie Menschen, Tiere oder Pflanzen unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen einwirken.


Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung, Charakterisierung und Validierung eines spektral hochaufgelösten multidirektionalen Spektralradiometers (HD-MUDIS), das in der Lage ist die spektrale Strahldichte in einem Wellenlängenbereich von 280 bis 1700 nm (UV bis nahes Infrarot) sekündlich und simultan in 148 Himmelsrichtungen zu erfassen. Im Vergleich zu einem bereits entwickelten Prototyp bietet das Instrument eine höhere Genauigkeit, eine verbesserte spektrale Auflösung und einen größeren Wellenlängenbereich, so dass deutlich mehr Anwendungsgebiete abgedeckt werden können.

Neben der Charakterisierung des Instruments ist für den Einsatz im Messbetrieb ein Datenauswertungssoftware zu realisieren und insbesondere eine geeignete Kalibrierung zu entwickeln, die auch im Feldeinsatz zuverlässig und reproduzierbar auf nationale Strahlungsstandards zurückzuführen ist. Bevor unabhängige Messungen mit HD-MUDIS durchgeführt werden können, muss das Messgerät anhand von Vergleichsmessungen mit dem Prototyp und bestehenden, aber deutlich langsamer messenden Instrumenten validiert werden.


Das beantragte Forschungsvorhaben schafft somit die technischen und methodischen Grundlagen, um mit einem multidirektionalen Spektralradiometer zeitlich und spektral hochaufgelöste Messungen der Himmelsstrahldichte durchzuführen. Dadurch wird es möglich sein weitere Forschungsvorhaben extern einzuwerben, mit denen die neue Technik in verschiedenen Gebieten eingesetzt und angewendet werden kann.

 

 

Laufzeit

18 Monate