Che cos'è l'isolamento solare?
L'insolazione solare è una misura della quantità di energia solare che raggiunge nel tempo una superficie o irradianza su una determinata superficie. La superficie in questione può essere qualsiasi cosa esposta alla luce solare, da un particolare oggetto o posizione sulla Terra a piccoli oggetti spaziali come i satelliti artificiali sulla superficie di un intero pianeta. L'insolazione solare di una particolare area della Terra dipende dalla sua distanza dall'equatore, dalle sue condizioni meteorologiche e dal momento del giorno e dell'anno. È essenziale per la continua esistenza della vita sulla Terra, poiché le piante dipendono dall'energia del sole per sopravvivere, oltre ad essere un fattore importante nella costruzione e nella posizione delle apparecchiature per generare elettricità dall'energia solare.
Generalmente misurata in watt per metro quadrato, l'insolazione solare media di un'area per periodi di tempo più lunghi viene spesso indicata in chilowattora per metro quadrato al giorno. Il watt è l'unità metrica standard di potenza o energia nel tempo; un watt di potenza è uguale a un joule di energia al secondo. Un chilowattora, un termine più comunemente usato in riferimento alla generazione di energia elettrica, è energia sufficiente per produrre una potenza di 1.000 watt per un'ora o 3.600.000 joule (3,6 megajoule).
Più direttamente una superficie è rivolta verso il sole, maggiore sarà la sua insolazione solare. La massima insolazione solare viene prodotta quando la luce del sole colpisce con un angolo di 90 gradi. L'isolamento diminuisce quando l'angolo si abbassa, perché un angolo più basso diffonde la stessa quantità di energia radiante su un'area più ampia. Questo è il motivo per cui l'area intorno all'equatore terrestre, che riceve la luce solare più diretta, è la parte più calda della Terra e le regioni polari sono le più fredde. Causa anche le stagioni che cambiano, perché l'asse inclinato della Terra significa che l'angolo della luce solare che raggiunge una determinata parte del pianeta cambia nel corso dell'anno. Questo è anche il motivo per cui la temperatura in un determinato giorno tenderà a raggiungere il picco intorno a mezzogiorno solare, quando il sole è nel suo punto più alto nel cielo, per poi diminuire quando il sole cala più vicino all'orizzonte più tardi nel corso della giornata.
L'insolazione solare totale dell'atmosfera esterna della Terra dalla luce solare diretta è in media di circa 1.366 watt per metro quadrato con un angolo di 90 gradi nel corso di un anno, la maggior parte dei quali è sotto forma di luce visibile. L'attenuazione della luce solare mentre attraversa l'atmosfera riduce questa a circa 1.000 watt per metro quadrato con un angolo di 90 gradi quando raggiunge la superficie terrestre. Questa cifra diminuisce costantemente quando una persona si sposta a latitudini più elevate e diminuisce nelle ore del giorno più lontano da mezzogiorno solare, scendendo a quasi nulla di notte. L'insolazione media della Terra nel suo complesso nel corso di un anno è di circa 250 watt per metro quadrato.
Le aree a latitudini simili possono ancora avere differenze significative nell'insolazione media a causa di fattori locali. L'insolazione di un'area può essere ulteriormente ridotta dalle condizioni atmosferiche che interferiscono con la luce solare, come nuvole o foschia atmosferica. L'isolamento aumenta a quote più elevate, perché c'è meno atmosfera per il passaggio della radiazione solare e la sua attenuazione. Le misurazioni della quantità di irraggiamento solare in luoghi diversi possono essere compilate per creare una mappa specializzata chiamata mappa di insolazione.
La generazione di energia solare dipende fortemente dall'insolazione. Le regioni aride o semiaride ospitano comunemente centrali elettriche solari per ridurre al minimo le interferenze con le radiazioni solari causate dalla copertura nuvolosa e, se possibile, sono costruite ad altitudini più elevate. I pannelli solari fotovoltaici sono montati ad angoli destinati a far sì che la luce solare in arrivo li colpisca il più vicino possibile a un angolo di 90 gradi per massimizzare la potenza ricevuta. L'angolo ottimale per questo varia a seconda della posizione geografica e del periodo dell'anno.
L'insolazione di un'area può essere sfruttata anche nella progettazione di edifici. Ad esempio, grandi finestre sul lato di un edificio di fronte all'equatore faranno entrare più luce e calore durante l'inverno, quando il sole è basso nel cielo, e relativamente meno quando è alto nel cielo durante l'estate. Questo modera le temperature estreme all'interno dell'edificio, rendendolo più confortevole e riducendo la quantità di energia necessaria per il riscaldamento o l'aria condizionata.