Солнце как источник энергии

Каждые две недели Солнце отдает Земле такое количество энергии, которое все жители нашей планеты потребляют в течение года. Поэтому стоит обратить внимание на солнечное излучение как источник энергии.

 Излучение каждого тела в природе обладает своей длинной волны. С изменением температуры тела изменяется и длинна волны, чем выше интенсивность излучения, тем выше температуры. Соответственно и длинна волны будет больше, так до температуры 400 °С  излучение происходит в невидимом длинноволновом (инфракрасном) диапазоне. При повышении температуры начинается видимый спектр излучения. Например раскаленный металл при температуре до 900 °С, его излучение находится в видимом диапазоне.

Интенсивность солнечного излучения

Имея крайне высокие температуры, Солнце является очень сильным источником излучения. Видимый диапазон солнечного излучения обладает наивысшей интенсивность излучения. При этом до Земли так же доходит большое количество невидимого спектра. Внутри Солнца протекают  процессы, при которых из атомов водорода синтезируются атомы гелия. Это процессы называются процессами ядерного синтеза, они сопровождаются выделением огромного количества энергии. Эта энергия приводит к тому, что Солнце разогревается до температуры 15 миллионов градусов Цельсия (во внутренней его части).

Спектральное распределение солнечного света

На поверхности Солнца (фотосфере) температура достигает  5500°С. На этой поверхности Солнце излучает энергию со значение 63  МВт/ м².  До поверхности Земли доходит лишь немногая часть этого излучения, что позволяет комфортно существовать человечеству на нашей планете.  Средняя интенсивность излучения на атмосферу Земли приблизительно равна 1367 Вт/м². Данное значение может колебаться в диапазоне 5% из-за того что, двигаясь по эллиптической орбите Земля отдаляется от Солнца на разное расстояние в течение года. Значение 1367 Вт/ м² называют солнечной постоянной.     

Вращение Земли вокруг Солнца

Солнечная энергия на поверхности Земли

Атмосфера Земли не пропускает всю солнечную энергию.  Поверхности Земли достигает не более 1000 Вт/м2.  Часть энергии поглощается, часть отражается в слоях атмосферы и в облаках. Большое количество излучения рассеивается в слоях атмосферы, вследствие чего образуется рассеянное излучение (диффузное). На поверхности Земли тоже часть излучения отражается и превращается в рассеянное.  Сумма рассеянного и прямого излучения называется суммарным солнечным излучением. Рассеянное излучение может составлять от 20 до 60%.

Влияние атмосферы на солнечное излучение

На количество энергии, поступающее к поверхности Земли, так же влияет географическая широта и время года. Ось нашей планеты, проходящая через полюса, наклонена на 23,5° относительно орбиты вращения вокруг  Солнца. В период с марта до сентября солнечный свет больше попадает на Северное полушарие, в остальное время – Южное. Поэтому продолжительность дня в летнее и зимнее время разная. Широта местности та влияет на продолжительность светового дня. Чем Севернее, тем длиннее в летнее время и наоборот.

Для примера в Киеве (координаты 50,3° северной широты)  с учетом вышеизложенного в 12-00 21 декабря солнце будет находиться под углом всего лишь 16,2°. Летом этот угол будет выше. Забегая вперед, именно поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи  необходимо устанавливать под определенным углом, при этом этот угол зависит от целей использования. Если мы хотим добиться более высокой производительности зимой, то угол должен быть выше (более перпендикулярней лучам Солнца) а летом соответственно наоборот.