Сонце як джерело енергії

Кожні два тижні Сонце віддає Землі таку кількість енергії, яку всі жителі нашої планети споживають протягом року. Тому варто звернути увагу на сонячне випромінювання як джерело енергії.

Дожина хвилі випромінення залежить від температури тіла. Зі зміною температури тіла змінюється і довжина хвилі, що стоїть інтенсивність випромінювання, то вище температури. Відповідно і довжина хвилі буде більшою, так до температури 400 ° С випромінювання відбувається в невидимому довгохвильовому (інфрачервоному) діапазоні. У разі підвищення температури починається видимий спектр випромінювання. Наприклад, розжарений метал при температурі до 900 °С, його випромінювання знаходиться у видимому діапазоні. Саме тому ми бачемо цей яскравий колір.

Інтенсивність сонячного випромінювання

Маючи дуже високі температури, Сонце є сильним джерелом випромінювання. Видимий діапазон сонячного випромінювання має найвищу інтенсивність. При цьому до Землі доходить також велика кількість невидимого спектру. Усередині Сонця протікають процеси, при яких з атомів водню синтезуються атоми гелію. Це називаються процесами ядерного синтезу, вони супроводжуються виділенням величезної кількості енергії. Ця енергія призводить до того, що Сонце розігрівається до температури 15 мільйонів градусів Цельсія (у внутрішній частині).

Спектральний розподіл сонячного світла

На поверхні Сонця (фотосфері) температура досягає 5500°С. На цій поверхні Сонце випромінює енергію зі значенням 63 МВт/м². До поверхні Землі доходить лише небагато цього випромінювання, що дозволяє комфортно існувати людству на планеті. Середня інтенсивність випромінювання на атмосферу Землі приблизно дорівнює 1367 Вт/м². Дане значення може коливатися в діапазоні 5% через те, що, рухаючись еліптичною орбітою Земля віддаляється від Сонця на різну відстань протягом року. Значення 1367 Вт/м² називають сонячною постійною.

Обертання Землі навколо Сонця

Сонячна енергія на Землі

Атмосфера Землі не пропускає всю сонячну енергію. Поверхні Землі сягає трохи більше 1000 Вт/м². Частина енергії поглинається, частина відбивається у шарах атмосфери та у хмарах. Велика кількість випромінювання розсіюється у шарах атмосфери, внаслідок чого утворюється розсіяне випромінювання (дифузне). На поверхні Землі теж частина випромінювання відбивається і перетворюється на розсіяне. Сума розсіяного та прямого випромінювання називається сумарним сонячним випромінюванням. Розсіяне випромінювання може становити від 20 до 60%.

Вплив атмосфери на сонячне проміння

На кількість енергії, що надходить до Землі, так само впливає географічна широта і пора року. Вісь нашої планети, що проходить через полюси, нахилена на 23,5° щодо орбіти обертання навколо Сонця. У період із березня до вересня сонячне світло більше потрапляє на Північну півкулю, в решту часу – Південну. Тому тривалість дня у літній та зимовий час різна. Широта місцевості впливає на тривалість світлового дня. Чим північніше, тим довше влітку і навпаки.

Для прикладу в Києві (координати 50,3° північної широти) з урахуванням вищевикладеного о 12-00 21 грудня сонце перебуватиме під кутом лише 16,2°. Влітку цей кут буде вищим. Забігаючи вперед, саме тому сонячні колектори та сонячні батареї необхідно встановлювати під певним кутом, при цьому цей кут залежить від цілей використання. Якщо ми хочемо домогтися вищої продуктивності взимку, то кут повинен бути вищим (перпендикулярнішим до променів Сонця) а влітку відповідно навпаки.