Cosinusverluste

Cosinusverluste sind Strahlungsverluste von konzentrierenden Solarkollektoren. Die Verluste treten bei schräg einfallender Solarstrahlung auf. Die nutzbare Aperturfläche des Kollektors wird dabei optisch verkleinert. Die vom Kollektor reflektierte Strahlung ist proportional zum Kosinus des Winkels zwischen der Spiegelnormalen und der Richtung der einfallenden Strahlung. Aus diesem Grund können Solarkollektoren nur senkrecht einfallende Solarstrahlung vollständig nutzen.

Durch die Nachführung einer Solaranlage können Cosinusverluste reduziert werden. Allerdings können Kollektoren nicht unendlich weit nachgeführt werden, da die reflektierten Strahlen zweckgemäß im Receiver des Solarthermischen Kraftwerkes münden müssen.

Etwa 13 Prozent der auftretenden Strahlungsverluste in einem Parabolrinnenkraftwerk sind auf Cosinusverluste zurückzuführen. Bei Fresnelkraftwerken fallen die Cosinusverluste höher aus. Die Solarstrahlung trifft dort aufgrund der Kollektorneigung nicht frontal auf die Primärspiegelfläche auf. Die reflektierende Spiegelfläche wird verkleinert und somit werden die Cosinusverluste erhöht. Bei Solarturmkraftwerken sind die am Rand des Kollektorfeldes gelegenden Spiegelflächen am stärksten von Cosinusverlusten betroffen. Diese können bis zu 30 Prozent der Strahlungsverluste ausmachen. Aus diesem Grund werden die Durchmesser von Kollektorfeldern begrenzt. Die Cosinusverluste nehmen mit steigenden Breitengraden vor allem im südlichen Teil eines Solarfeldes zu. Aus diesem Grund werden an Standorten mit größerer geografischer Breite Solarfelder mit südlich stehendem Turm und nördlich befindlichen Heliostaten, sogenannte Nordfelder, bevorzugt. Bei geringeren Breitengraden können dagegen Rundumfelder genutzt werden. Dabei befinden sich die Heliostaten umlaufend um den gesamten Turm.

Abbildung 1 stellt schematisch das Auftreten von Cosinusverlusten an einem Solarturmkraftwerk dar.

Synonym(e):

Kosinusverluste, Cosinus-Verluste, Kosinus-Verluste

Englische Übersetzung(en):

cosine losses