Что такое солнечная инсоляция?

Солнечная инсоляция - это мера количества солнечной энергии, достигающей поверхности, или излучения на данной поверхности с течением времени. Поверхность, о которой идет речь, может быть чем-либо, подверженным воздействию солнечного света, от определенного объекта или местоположения на Земле до небольших космических объектов, таких как искусственные спутники, до поверхности всей планеты. Солнечная инсоляция определенной области Земли зависит от ее расстояния от экватора, его погодных условий и времени суток и года. Это важно для продолжения существования жизни на Земле, поскольку растения полагаются на солнечную энергию для выживания, а также являются важным фактором в строительстве и размещении оборудования для выработки электроэнергии из солнечной энергии.

Обычно измеряется в ваттах на квадратный метр, средняя солнечная инсоляция области в течение более длительных периодов времени часто дается в киловатт-часах на квадратный метр в день. Ватт - это стандартная метрическая единица мощности или энергии во времени; один ватт мощности равен одному джоулю энергии в секунду. Киловатт-час, термин, наиболее часто используемый для обозначения выработки электроэнергии, является достаточным количеством энергии для выработки 1000 Вт в течение одного часа, или 3 600 000 Дж (3,6 мегаджоуля).

Чем ближе поверхность обращена к солнцу, тем выше будет солнечная инсоляция. Максимальная солнечная инсоляция возникает, когда солнечный свет падает под углом 90 градусов. Инсоляция уменьшается по мере того, как угол становится меньше, поскольку более низкий угол распространяет такое же количество лучистой энергии по более широкой области. Вот почему область вокруг экватора Земли, которая получает самый прямой солнечный свет, является самой теплой частью Земли, а полярные регионы - самыми холодными. Это также вызывает смену времен года, потому что наклонная ось Земли означает, что угол солнечного света, достигающего данной части планеты, изменяется в течение года. По этой же причине температура в определенный день будет стремиться к пиковому значению около солнечного полудня, когда солнце находится в самой высокой точке на небе, а затем снижаться, когда солнце опускается ближе к горизонту в тот же день.

Общая солнечная инсоляция внешней атмосферы Земли от прямых солнечных лучей в среднем составляет около 1366 Вт на квадратный метр под углом 90 градусов в течение года, большая часть которого находится в форме видимого света. Ослабление солнечного света, проходящего через атмосферу, уменьшает его примерно до 1000 Вт на квадратный метр под углом 90 градусов к тому времени, когда он достигает поверхности Земли. Эта цифра неуклонно падает по мере того, как человек перемещается в более высокие широты, и уменьшается во время дня дальше от солнечного полудня, а ночью почти исчезает. Средняя инсоляция Земли в целом в течение года составляет около 250 Вт на квадратный метр.

Области в подобных широтах все еще могут иметь значительные различия в средней инсоляции из-за местных факторов. Инсоляция области может быть дополнительно уменьшена атмосферными условиями, которые мешают солнечному свету, такими как облака или атмосферная дымка. Инсоляция возрастает на больших высотах, потому что там меньше атмосферы, чтобы солнечная радиация проходила и была ослаблена. Измерения количества солнечного излучения в разных местах могут быть скомпилированы для создания специализированной карты, называемой картой инсоляции.

Выработка солнечной энергии сильно зависит от инсоляции. Засушливые или полузасушливые районы обычно являются домом для солнечных электростанций, чтобы минимизировать помехи от солнечного излучения, вызванного облачным покровом, и по возможности строятся на больших высотах. Фотоэлектрические солнечные панели устанавливаются под углами, предназначенными для того, чтобы солнечный свет падал на них как можно ближе к углу 90 градусов, чтобы максимизировать полученную мощность. Оптимальный угол для этого зависит от географического положения и времени года.

Инсоляция области также может быть использована при проектировании зданий. Например, большие окна на стороне здания, обращенной к экватору, будут пропускать больше света и тепла зимой, когда солнце низко в небе, и сравнительно меньше, когда оно высоко в небе летом. Это смягчает сезонные перепады температуры внутри здания, делая его более комфортным и снижая количество энергии, необходимой для отопления или кондиционирования воздуха.