Co to jest nasłonecznienie?
Nasłonecznienie to miara ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni lub natężenia napromienienia na danej powierzchni w czasie. Daną powierzchnią może być wszystko narażone na działanie promieni słonecznych, od konkretnego obiektu lub lokalizacji na Ziemi po małe obiekty kosmiczne, takie jak sztuczne satelity, po powierzchnię całej planety. Nasłonecznienie określonego obszaru Ziemi zależy od jego odległości od równika, jego warunków pogodowych oraz pory dnia i roku. Jest to niezbędne do dalszego istnienia życia na Ziemi, ponieważ rośliny polegają na energii słonecznej, aby przetrwać, a także są ważnym czynnikiem w budowie i lokalizacji sprzętu do generowania elektryczności z energii słonecznej.
Zwykle mierzone w watach na metr kwadratowy, średnie nasłonecznienie obszaru w dłuższych okresach jest często podawane w kilowatogodzinach na metr kwadratowy dziennie. Wat jest standardową jednostką miary mocy lub energii w czasie; jeden wat mocy jest równy jednemu dżulowi energii na sekundę. Kilowatogodzina, termin najczęściej używany w odniesieniu do wytwarzania energii elektrycznej, wystarcza do wytworzenia mocy 1000 watów na godzinę lub 3 600 000 dżuli (3,6 megadżuli).
Im bardziej powierzchnia jest zwrócona w stronę słońca, tym wyższe będzie jej nasłonecznienie. Maksymalne nasłonecznienie powstaje, gdy światło słoneczne pada pod kątem 90 stopni. Nasłonecznienie zmniejsza się, gdy kąt staje się niższy, ponieważ niższy kąt rozprowadza tę samą ilość energii promieniowania na większym obszarze. Dlatego obszar wokół równika Ziemi, który otrzymuje najbardziej bezpośrednie światło słoneczne, jest najcieplejszą częścią Ziemi, a regiony polarne są najzimniejsze. Powoduje to także zmianę pór roku, ponieważ nachylona oś Ziemi oznacza, że kąt światła słonecznego docierającego do określonej części planety zmienia się w ciągu roku. Dlatego też temperatura w danym dniu będzie miała tendencję do szczytowego położenia w okolicach południa słonecznego, kiedy Słońce znajduje się w najwyższym punkcie na niebie, a następnie spadnie, gdy Słońce spadnie bliżej horyzontu później w ciągu dnia.
Całkowite nasłonecznienie zewnętrznej atmosfery ziemskiej przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych wynosi średnio około 1366 watów na metr kwadratowy pod kątem 90 stopni w ciągu roku, z czego większość ma postać światła widzialnego. Tłumienie światła słonecznego przechodzącego przez atmosferę zmniejsza to do około 1000 watów na metr kwadratowy pod kątem 90 stopni, zanim dotrze do powierzchni Ziemi. Liczba ta stale spada, gdy osoba porusza się na wyższe szerokości geograficzne, i zmniejsza się w ciągu dnia dalej od południa słonecznego, spadając prawie do zera w nocy. Średnie nasłonecznienie Ziemi jako całości w ciągu roku wynosi około 250 watów na metr kwadratowy.
Obszary na podobnych szerokościach geograficznych mogą nadal mieć znaczące różnice w średnim nasłonecznieniu ze względu na czynniki lokalne. Nasłonecznienie obszaru może być dodatkowo zmniejszone przez warunki atmosferyczne, które zakłócają światło słoneczne, takie jak chmury lub zamglenie atmosferyczne. Nasłonecznienie wzrasta na wyższych wysokościach, ponieważ jest mniej atmosfery, przez którą promieniowanie słoneczne może przejść i zostać osłabione. Pomiary natężenia napromienienia słonecznego w różnych lokalizacjach można skompilować w celu utworzenia specjalistycznej mapy zwanej mapą nasłonecznienia.
Wytwarzanie energii słonecznej w dużej mierze opiera się na nasłonecznieniu. Regiony suche lub półpełne są zwykle domem dla elektrowni słonecznych w celu zminimalizowania zakłóceń promieniowania słonecznego spowodowanych zachmurzeniem i są budowane na wyższych wysokościach, jeśli to możliwe. Fotowoltaiczne panele słoneczne są montowane pod kątami, które powodują, że nadchodzące światło słoneczne uderza w nie pod kątem maksymalnie 90 stopni, aby zmaksymalizować otrzymaną moc. Optymalny kąt jest różny w zależności od położenia geograficznego i pory roku.
Nasłonecznienie obszaru można również wykorzystać w projektowaniu budynków. Na przykład duże okna z boku budynku zwróconego w kierunku równika wpuszczają więcej światła i ciepła w zimie, gdy słońce jest nisko na niebie, i stosunkowo mniej, gdy jest wysoko na niebie w lecie. To łagodzi sezonowe ekstremalne temperatury wewnątrz budynku, czyniąc go wygodniejszym i zmniejszając ilość energii potrzebnej do ogrzewania lub klimatyzacji.