Характеристики сонячного випромінювання
Щільність потоку сонячного випромінювання, що падає на майданчик, перпендикулярний цьому потоку і розташовану над атмосферою на відстані 150 млн. км від Сонця, дорівнює сонячній постійної G0 = 1,353 кВт / м 2 . Це так зване сонячне космічне випромінювання.
Сонячне випромінювання обумовлено ядерними реакціями у ядрі Сонця, де температура сягає 10 млн.к. Зовнішні неактивні шари, нагріті до 5800°К, змінюють спектр, і верхній межі атмосфери надходить випромінювання в діапазоні 0,3...2,5 мікрон.
Сонячний спектр складається з трьох ділянок: (1) ультрафіолетове випромінювання (з довжиною хвилі до 0,4 мікрона) – становить 9% інтенсивності, (2) видиме випромінювання (0,4…0,7 мікрона) – 45% інтенсивності та (3 ) інфрачервоне випромінювання (понад 0,7 мікрон) - 46% інтенсивності.
Частина енергії сонячного випромінювання сягає Землі як прямих сонячних променів. Інша частина, досягаючи атмосфери, розсіюється хмарами та пилом і доходить до Землі у вигляді розсіяного випромінювання. Першу частину потоку, на відміну від другої, можна сфокусувати і в такому вигляді використовувати в технічних пристроях. Відношення інтенсивності спрямованого потоку до повної інтенсивності випромінювання змінюється від 0,9 ясний день до нуля в похмурий день.
Максимальна щільність спрямованого сонячного випромінювання на 1 м 2 поверхні Землі – близько 1 кВт/м 2 діапазоні хвиль 0,3…2,5 мікрон. Це короткохвильове випромінювання і воно включає видимий спектр. Залежно від часу доби, місця, погоди щільність випромінювання змінюється у десятки разів. Ця теплова енергія може бути використана за допомогою технічних пристроїв. Щільність потоку енергії випромінювання, що зв'язує атмосферу з поверхнею землі також близько 1 кВт/м 2 але вже в діапазоні довгих хвиль 5 ... 25 мікрон.
Повна енергіясонячного випромінювання, що посідає одиницю поверхні протягом дня, є добову опроміненість. Величина добової опроміненості (Н) залежить від широти місцевості та пори року. У високих широтах сезонні зміни особливо великі через мінливу тривалість дня, змінну орієнтацію приймального майданчика (горизонтальної площини), поглинання, що змінюється в атмосфері.
Сезонні зміни добової опроміненості горизонтального приймального майданчика в ясний день на різних широтах представлені на графіку, рис.2.1.1. Влітку вона становить 25...26 МДж/м на день або 7 кВт·год/м 2 на день у всіх широтах, взимку – у високих широтах вона набагато менша через короткий день, косе падіння променів і більше ослаблення атмосферою. Відстань, пройдена прямим сонячним промінням через атмосферу, залежить від кута падіння (зенітного кута) і висоти над рівнем моря. При цьому важлива не лише сама відстань, а взаємодія випромінювання з атмосферними газами та парами. Збільшення довжини шляху при похилому падінні променя в порівнянні з шляхом нормального падіння називають оптичною масою. Опроміненість горизонтального майданчика протягом доби влітку та взимку характеризується рис.2.1.2.
Проходження сонячного короткохвильового випромінювання через атмосферу супроводжується: (1) поглинанням, тобто. переходом енергії випромінювання тепло, з наступним випромінюванням світла більшої довжини хвилі, (2) розсіюванням, тобто. зміною напряму поширення світла залежно від довжини хвилі, (3) відображенням, яке залежить від довжини хвилі.
Проходження в атмосфері по-різному для різних ділянок спектру сонячного та атмосферного випромінювання. Воно призводить до підвищення температури.
Короткохвильова ультрафіолетова область (до 0,3 мікрон) майже повністю відсутня на рівніморя, так як поглинається киснем О2, О3, О та азотом N2.
Короткохвильова ультрафіолетова область (0,3 ... 0,4 мікрон) - частково проходить.
Видимий діапазон (0,4...0,5 мікрон) майже повністю проходить через чисту (не забруднену) атмосферу. Це майже половина потоку сонячного випромінювання.
Близька інфрачервона область (0,7…2,5 мікрон) – майже половина сонячного космічного випромінювання – значною мірою (на 20%) поглинається в атмосфері переважно парами води та вуглекислого газу СО2.
Інфрачервоний діапазон (понад 12 мікрон) – для нього атмосфера