Wat is zonne-isolatie?
Zonne-isolatie is een maat voor de hoeveelheid zonne-energie die in de loop van de tijd op een bepaald oppervlak of op een bepaald oppervlak komt. Het oppervlak in kwestie kan alles zijn dat wordt blootgesteld aan zonlicht, van een bepaald object of locatie op aarde tot kleine ruimtegaande objecten zoals kunstmatige satellieten tot het oppervlak van een hele planeet. De zonnestraling van een bepaald deel van de aarde is afhankelijk van de afstand tot de evenaar, de weersomstandigheden en de tijd van de dag en het jaar. Het is essentieel voor het voortbestaan van het leven op aarde, omdat planten afhankelijk zijn van energie van de zon om te overleven, en het is ook een belangrijke factor in de constructie en locatie van apparatuur om elektriciteit uit zonne-energie te genereren.
Gewoonlijk gemeten in watt per vierkante meter, wordt de gemiddelde zonnestraling van een gebied gedurende langere tijd vaak gegeven als kilowattuur per vierkante meter per dag. De watt is de standaard metrische eenheid van vermogen of energie in de tijd; één watt vermogen is gelijk aan één joule energie per seconde. Een kilowattuur, een term die het meest wordt gebruikt in verband met de opwekking van elektrische energie, is voldoende energie om een vermogen van 1.000 watt gedurende één uur te produceren, of 3.600.000 joules (3,6 megajoule).
Hoe directer een oppervlak naar de zon is gericht, des te hoger zal de zonnestraling zijn. Maximale zonnestraling wordt geproduceerd wanneer het zonlicht in een hoek van 90 graden valt. De isolatie neemt af naarmate de hoek lager wordt, omdat een lagere hoek dezelfde hoeveelheid stralingsenergie over een groter gebied verspreidt. Daarom is het gebied rond de evenaar van de aarde, dat het meest directe zonlicht ontvangt, het warmste deel van de aarde en zijn de poolgebieden het koudst. Het veroorzaakt ook de veranderende seizoenen, omdat de schuine as van de aarde betekent dat de hoek van het zonlicht dat een bepaald deel van de planeet bereikt in de loop van het jaar verandert. Dit is ook de reden waarom de temperatuur op een bepaalde dag de neiging heeft om rond het middaguur rond de zon te piekeren, wanneer de zon op het hoogste punt aan de hemel staat, en vervolgens te dalen naarmate de zon later op de dag dichter bij de horizon daalt.
De totale zonnestraling van de buitenatmosfeer van de aarde door direct zonlicht is gemiddeld 1,366 watt per vierkante meter onder een hoek van 90 graden in de loop van een jaar, waarvan het grootste deel in de vorm van zichtbaar licht. De verzwakking van het zonlicht als het door de atmosfeer gaat, vermindert dit tot ongeveer 1.000 watt per vierkante meter onder een hoek van 90 graden tegen de tijd dat het het aardoppervlak bereikt. Dit cijfer daalt gestaag als een persoon naar hogere breedtegraden beweegt en afneemt op tijdstippen van de dag verder van de middag van de zon, daalt naar bijna niets 's nachts. De gemiddelde isolatie van de aarde als geheel in de loop van een jaar is ongeveer 250 watt per vierkante meter.
Gebieden op vergelijkbare breedtegraden kunnen nog steeds aanzienlijke verschillen in gemiddelde insolatie hebben als gevolg van lokale factoren. De zonnestraling van een gebied kan verder worden verminderd door atmosferische omstandigheden die interfereren met zonlicht, zoals wolken of atmosferische nevel. Isolatie stijgt op grotere hoogten, omdat er minder atmosfeer is waar de zonnestraling doorheen gaat en erdoor wordt verzwakt. Metingen van de hoeveelheid zonnestraling op verschillende locaties kunnen worden samengevoegd om een gespecialiseerde kaart te maken die een insolatiekaart wordt genoemd.
Zonne-energieopwekking is sterk afhankelijk van insolatie. In dorre of semi-aride gebieden bevinden zich meestal zonne-energiecentrales om interferentie met zonnestraling veroorzaakt door bewolking te minimaliseren en worden indien mogelijk op grotere hoogten gebouwd. Fotovoltaïsche zonnepanelen worden gemonteerd onder hoeken die bedoeld zijn om binnenkomend zonlicht te raken in een hoek van zo dicht mogelijk bij een hoek van 90 graden om het ontvangen vermogen te maximaliseren. De optimale hoek hiervoor varieert afhankelijk van de geografische locatie en de tijd van het jaar.
De isolatie van een gebied kan ook worden benut bij het ontwerpen van gebouwen. Grote ramen aan de zijkant van een gebouw tegenover de evenaar laten bijvoorbeeld meer licht en warmte door in de winter, wanneer de zon laag aan de hemel staat en relatief minder wanneer het hoog in de lucht is in de zomer. Dit matigt seizoensgebonden extreme temperaturen in het gebouw, waardoor het comfortabeler wordt en de hoeveelheid energie die nodig is voor verwarming of airconditioning wordt verminderd.