Hva er solenergi?

Solenergi er et mål på mengden solenergi som når en overflate, eller irradians, på en gitt overflate over tid. Den aktuelle overflaten kan være alt som er utsatt for sollys, fra en bestemt gjenstand eller plassering på jorden til små romfartsgjenstander som kunstige satellitter til en hel planet. Solens isolasjon av et bestemt område på jorden avhenger av avstanden fra ekvator, dets værforhold og tiden på dagen og året. Det er avgjørende for fortsatt liv på jorden, da planter er avhengige av energi fra solen for å overleve, i tillegg til at de er en viktig faktor i konstruksjon og plassering av utstyr for å generere strøm fra solenergi.

Vanligvis målt i watt per kvadratmeter, blir den gjennomsnittlige solinnsolering av et område over lengre perioder ofte gitt som kilowattimer per kvadratmeter per dag. Watt er standard metrisk kraftenhet, eller energi over tid; en watt kraft er lik en joule energi per sekund. En kilowattime, et begrep som oftest brukes med referanse til elektrisk kraftproduksjon, er nok energi til å produsere en effekt på 1 000 watt i en time, eller 3600 000 joule (3,6 megajoule).

Jo mer direkte en overflate vender mot solen, jo høyere blir solens isolasjon. Maksimal solisolering produseres når solens lys slår i en 90-graders vinkel. Insolasjonen avtar når vinkelen blir lavere, fordi en lavere vinkel sprer den samme mengden strålingsenergi over et bredere område. Dette er grunnen til at området rundt jordekvator, som mottar mest direkte sollys, er den varmeste delen av jorden og de polare områdene er den kaldeste. Det forårsaker også de skiftende årstidene, fordi jordas vinklede akse betyr at solvinkelen som når en gitt del av planeten, endres i løpet av året. Dette er også grunnen til at temperaturen på en gitt dag vil ha en tendens til å toppe seg rundt solen middag, når solen er på sitt høyeste punkt på himmelen, og deretter synke når solen synker nærmere horisonten senere på dagen.

Den totale solisolering av jordas ytre atmosfære fra direkte sollys gjennomsnitt i snitt 1,366 watt per kvadratmeter i en vinkel på 90 grader i løpet av et år, hvorav størstedelen er i form av synlig lys. Demping av sollyset når det passerer gjennom atmosfæren reduserer dette til rundt 1000 watt per kvadratmeter i en vinkel på 90 grader når det når jordens overflate. Dette tallet synker jevnt og trutt når en person beveger seg til høyere breddegrader og avtar på tider av døgnet lenger fra solen middag, og faller til nesten ingenting om natten. Den gjennomsnittlige isolasjonen av jorden som helhet i løpet av et år er rundt 250 watt per kvadratmeter.

Områder på lignende breddegrader kan fortsatt ha betydelige forskjeller i gjennomsnittlig isolasjon på grunn av lokale faktorer. Et områdes isolasjon kan reduseres ytterligere av atmosfæriske forhold som forstyrrer sollys, for eksempel skyer eller atmosfærisk uklarhet. Insolasjon stiger i større høyder, fordi det er mindre atmosfære for solstrålingen å passere gjennom og bli dempet av. Målinger av mengden solbestråling på forskjellige steder kan sammenstilles for å lage et spesialisert kart som kalles et isolasjonskart.

Produksjon av solenergi er veldig avhengig av isolasjon. Tørre eller semiaride regioner er ofte hjem til solkraftstasjoner for å minimere forstyrrelser av solstråling forårsaket av skydekke og er bygget i større høyder hvis mulig. Fotovoltaiske solcellepaneler er montert i vinkler for å få innkommende sollys til å slå dem så nær en 90-graders vinkel som mulig for å maksimere den mottatte kraften. Den optimale vinkelen for dette varierer avhengig av geografisk beliggenhet og årstid.

Insolasjonen av et område kan også utnyttes i utformingen av bygninger. For eksempel vil store vinduer på siden av en bygning som vender mot ekvator slippe inn mer lys og varme om vinteren, når solen er lav på himmelen, og relativt mindre når den er høyt på himmelen om sommeren. Dette modererer ekstreme temperaturer i sesongen i bygningen, noe som gjør det mer behagelig og reduserer energimengden som trengs for oppvarming eller klimaanlegg.