Sončno sevanje

Sončno sevanje in obsevanje

Sončno sevanje je trajen vir energije, ki ga narava izkorišča od samih začetkov. Letna količina sončne energije, ki pade na Zemljo, presega osemtisočkrat letne svetovne potrebe po primarni energiji. Pretvorba energije se zgodi ob vpadu sončnega sevanja na sprejemnik. Rastline s fotosintezo pretvarjajo sončno energijo v kemično (biomasa), solarni kolektorji v toploto, sončne celice pa pretvarjajo sončno energijo neposredno v električno energijo.

Za razumevanje pretvorbe sončne energije, opisujemo sevanje s pretokom fotonov kot nedeljivih kvantnih delcev brez mase, a z gibalno količino in točno določeno energijo. Sončno sevanje je sestavljeno iz množice fotonov različnih energij. Porazdelitev fotonov glede na njihovo energijo (oziroma valovno dolžino) imenujemo sončni spekter, ki daje spektralno gostoto sevanja. Človeško oko zaznava le del sončnega spektra kot vidno sevanje oziroma kot tako imenovano svetlobo.

Standardizirana spektra sončnega sevanja (AM0 – zunajzemeljski, AM1.5 – na Zemlji)

Za praktično izrabo sončne energije je pomembno poznavanje količine in tipa vpadnega sevanja na zemeljsko površino. Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na čas dneva, vremenske razmere in letni čas. Gostoto moči sevanja merimo v vatih na kvadratni meter [Wm²]. Energijo sevanja, to je integrirano moč prek določene časovne periode, imenujemo obsevanje in jo podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Whm²]. Gostota moči sončnega sevanja nad zemeljsko atmosfero je med 1.325 in 1.420 vati na kvadratni meter. Povprečje tega zunajzemeljskega sončnega sevanja znaša 1.367 vatov na kvadratni meter.

Spektralna gostota povprečnega zunajzemeljskega sevanja je prikazana na sliki 1 kot spekter AM0. Odboj, sipanje in absorpcija v atmosferi zmanjšajo to vrednost za približno 30 odstotkov, tako da ob jasnem vremenu in zenitni legi sonca (AM1) vpada na zemeljsko površino okrog tisoč vatov na kvadratni meter. Spektralna gostota standardiziranega sevanja na zemeljski površini je prikazana na sliki 1 kot spekter AM1.5. Globalno sevanje na zemeljski površini je sestavljeno iz dveh komponent: direktnega in razpršenega sevanja. Direktno sevanje prihaja neposredno od sonca, medtem ko razpršeno sevanje vpada z vseh strani neba; zato je nebo enako svetlo v vseh smereh. Ko je nebo povsem oblačno, prispe do zemeljske površine le razpršeno sevanje (tabela 1).

Tabela: Gostota moči sončnega sevanja pri različnih vremenskih razmerah

Tudi kadar je nebo jasno, se maksimalna gostota moči sevanja čez dan spreminja. Največ sevanja prispe opoldne, najmanj pa zgodaj zjutraj in pozno popoldne, ker ima sevanje daljšo pot skozi atmosfero (več absorpcije na poti) in je zato močneje dušeno kot opoldne.

Podobno obstajajo razlike v porazdelitvi sončnega obsevanja med letom. V osrednji Evropi (velja tudi za Ljubljano) je količina vpadne sončne energije v mesecih med novembrom in januarjem približno petkrat manjša kot v poletnih mesecih. Mesečno obsevanje je mnogo bolj enakomerno v področjih ob ekvatorju.

Lokalna letna porazdelitev celotne količine sončne energije je določena s klimatskimi in meteorološkimi dejavniki, ki so močno odvisni od lokacije. V sončnih področjih, kot so puščave (na primer Sahara), je na razpolago v povprečju dvakrat več energije kot v osrednji Evropi.