Insolácia — definícia, meranie a vplyv slnečného žiarenia na Zem

Insolácia: definícia, meranie a vplyv slnečného žiarenia na Zem — ako sa meria solárna energia, prečo ovplyvňuje teplotu a ktoré faktory menia oslnenie.

Autor: Leandro Alegsa

Insolácia pochádza z latinského základu súvisiaceho s prichádzajúcim slnečným žiarením a označuje množstvo slnečnej energie, ktoré dopadá na zemskú atmosféru a následne na zemský povrch. Insolácia teda znamená slnečné žiarenie, ktoré dosiahne zemský povrch. Hovoríme o množstve energie prichádzajúcej na jednotku plochy za určitý čas – bežne sa vyjadruje ako okamžitý výkon na plochu (irradiancia, v W/m²) alebo ako celková energia dopadajúca za časový interval (napr. kWh/m²/deň alebo MJ/m²/deň). V pôvodnom popise sa meranie uvádzalo ako množstvo slnečnej energie prijatej na štvorcový centimeter za minútu, čo je historický, menej bežný spôsob. Pre predstavu: 1 W/m² = 0,006 J/cm² za minútu, takže napr. pri 1000 W/m² dopadá približne 6 J/cm² za minútu.

Jednotky a rozdiel medzi irradianciou a insoláciou

  • Irradiancia (výkonová hustota) – okamžitý tok energie na jednotku plochy, jednotka W/m² (watt na meter štvorcový).
  • Insolácia – často sa používa pre kumulatívnu energiu dopadnutú za určitý čas, napr. kWh/m²/deň alebo MJ/m²/deň.
  • Bežné prevody: 1 kWh/m² = 3,6 MJ/m². Pre porovnanie s pôvodným vyjadrením: pri 1000 W/m² dopadá za hodinu 1 kWh na každý m².

Meranie

  • Pyranometer – meria globálnu irradianciu na horizontálnej ploche (priame + rozptýlené žiarenie).
  • Pyrheliometer – meria priamu normálnu irradianciu (DNI) smerovanú priamo zo Slnka, obyčajne s automatickým sledovačom Slnka.
  • Aktinograf, Campbell–Stokes – tradičné prístroje na meranie doby oslnenia (sunshine duration); moderné senzory určujú oslnenie pri prahu irradiancie (napr. > 120 W/m²).
  • Satelitné metódy poskytujú priestorové mapy insolácie, užitočné pre energetiku a klimatológiu.

Faktory ovplyvňujúce insoláciu

Množstvo slnečnej energie prijatej na povrchu sa mení v závislosti od viacerých faktorov:

  • Zemepisná šírka a ročné obdobie – vplyv spôsobuje osová šikmosť Zeme; najviac energie dopadá pri Slnku vysoko na oblohe, najmenej pri nízkom uhlu (vysoké šírky, zima).
  • Denná doba – poludnie (slnečný, lokálny poludník) je zvyčajne časom najvyššej okamžitej irradiancie, pretože Slnko má najmenší zenitový uhol.
  • Atmosféra – oblačnosť, aerosóly, vodná para a plyny pohlcujú a rozptyľujú žiarenie; čistá atmosféra vedie k vyššej insolácii.
  • Topografia a aspekt – sklon a orientácia terénu alebo strechy menia efektívne dopadajúce žiarenie (svah nasmerovaný na Slnko dostane viac energie).
  • Albedo – odrazivosť povrchu; jasné povrchy (sneh) odrážajú časť žiarenia, čo ovplyvňuje lokálne vyžírenie a spätnú energiu.

Fyzikálne súvislosti (zjednodušene)

Priama zložka žiarenia na plochu kolmo k lúčom je približne úmerná kosínu uhla medzi lúčmi a normálou plochy (Lambertov zákon): I ≈ I0 · cos θ, kde θ je uhol medzi slnečnými lúčmi a normálou plochy. Na ceste atmosférou sa toto žiarenie ešte zoslabí absorpciou a rozptylom, takže v praxi sa používa faktor atmosférickej transmisie.

Číselné orientačné hodnoty

  • Solárna konštanta (vo vrchnej atmosfére): približne 1361 W/m² (priemerná energia dopadajúca na jednotkovú plochu kolmo na smere prichádzajúcich lúčov mimo atmosféry).
  • Maximálna okamžitá irradiancia pri jasnom dni na horizontálnej ploche pri zemi: približne 800–1100 W/m² (v závislosti od podmienok a zemepisnej polohy).
  • Priemerná denná insolácia v miernom pásme sa často pohybuje okolo 3–7 kWh/m²/deň (v lete viac, v zime menej).

Vplyv insolácie

  • Klíma a teplota – väčšia insolácia vedie k ohrievaniu povrchu a vzduchu; teplota je preto úzko spätá s množstvom dopadajúceho žiarenia.
  • Hydrologický cyklus – viac slnečného žiarenia zvyšuje odparovanie, ovplyvňuje zrážky a pôdnu vlhkosť.
  • Ekosystémy a poľnohospodárstvo – fotosyntéza a rast rastlín sú závislé na dostupnej slnečnej energii.
  • Energetika – insolácia je rozhodujúci parameter pre návrh a výkon solárnych panelov a systémov pasívneho solárneho vykurovania.
  • Zdravie a UV žiarenie – vyššia insolácia zvyšuje expozíciu UV, čo má vplyv na riziko spálenia kože a na tvorbu vitamínu D.
  • Materiály a degradácia – slnečné žiarenie spôsobuje fotodegradáciu farieb, plastov a iných materiálov.

Zhrnutie

Insolácia je množstvo slnečnej energie dopadajúcej na zemský povrch a závisí od polohy, ročného obdobia, dennej doby, stavu atmosféry a lokálnych podmienok (sklon, orientácia, albedo). Meria sa priamo (W/m²) alebo ako kumulatívna energia za čas (kWh/m², MJ/m²). Poznanie insolácie je dôležité pre klimatológiu, poľnohospodárstvo, zdravie verejnosti a navrhovanie solárnych systémov.

Zemská klíma je do veľkej miery závislá od energie planétyZoom
Zemská klíma je do veľkej miery závislá od energie planéty

Mapa slnečného žiarenia v EurópeZoom
Mapa slnečného žiarenia v Európe

Slnečné žiarenie v Afrike a na Blízkom východeZoom
Slnečné žiarenie v Afrike a na Blízkom východe

Osamotené kopce v Monument Valley, USAZoom
Osamotené kopce v Monument Valley, USA

Faktory ovplyvňujúce oslnenie

Množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch nie je všade rovnaké. Mení sa v závislosti od miesta a času. Keď tropické oblasti dostávajú maximum ročného oslnenia, smerom k pólom sa postupne znižuje. Insolácia je väčšia v lete a menšia v zime. Hlavnými faktormi, ktoré ovplyvňujú množstvo prijatého slnečného žiarenia, sú

  1. Solárna konštanta
  2. Uhol dopadu slnečných lúčov
  3. Trvanie dňa
  4. Vzdialenosť Zeme od Slnka
  5. Priehľadnosť atmosféry

Solárna konštanta

Na vrchole zemskej atmosféry sa prijíma slnečné žiarenie, ktoré sa vyjadruje ako slnečná konštanta.Prijíma sa na vrchole povrchu atmosféry (termopauza) v rovine kolmej na slnečný lúč. Priemerné oslnenie prijaté v termopauze, t. j. 1368 Wm2 (wattov na meter štvorcový) energie (slnečná konštanta) vo forme krátkych vĺn. Preto sa pre túto strednú vzdialenosť od Slnka označuje ako slnečná konštanta. Táto slnečná konštanta sa mení v rozmedzí 1 Wm2 v dôsledku periodických porúch a výbuchov na slnečnom povrchu, ktoré v podstate súvisia so slnečnou škvrnou. Slnečné škvrny sú tmavé a chladnejšie oblasti viditeľné na slnečnom povrchu. nedávne výskumy ukázali, že pri veľkom počte slnečných škvŕn sa uvoľňuje viac a viac energie. počet slnečných škvŕn sa tiež pravidelne zvyšuje alebo znižuje, pričom vytvára cyklus 11 rokov.

Uhol dopadu

Keďže Zem je geoid pripomínajúci guľu, slnečné lúče dopadajú na jej povrch pod rôznymi uhlami na rôznych miestach. To závisí od zemepisnej šírky daného miesta. čím je zemepisná šírka vyššia, tým menší uhol zvierajú s povrchom Zeme. Plocha, ktorú pokrývajú zvislé lúče, je vždy menšia ako šikmé lúče. Ak je pokrytá väčšia plocha, energia sa rozloží a čistá energia prijatá na jednotku plochy sa zníži. Okrem toho slnečné lúče s malým uhlom prechádzajú väčšou časťou atmosféry ako lúče dopadajúce pod veľkým uhlom.

 

Trvanie dňa

Dĺžka dňa určuje trvanie slnečného žiarenia, ktoré ovplyvňuje množstvo slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch. Čím dlhšie obdobie slnečného svitu, tým väčšie množstvo slnečného žiarenia prijme časť Zeme. napríklad na rovníku je dĺžka dňa a noci 12 hodín vo všetkých mesiacoch, ale v tropických oblastiach Arktídy a Antarktídy sa dĺžka slnečného svitu pohybuje od 0 do 24 hodín. Na jesennú a jarnú kvinoxiu (23. septembra, resp. 21. marca) je slnko na rovníku na poludnie nad hlavou. noc a deň na celej zemi sú v tieto dni rovnaké a maximálne množstvo slnečného žiarenia sa prijíma na rovníku a smerom k pólom sa množstvo slnečného žiarenia znižuje. je to spôsobené vertikálnym slnečným žiarením na rovníku, ale s rastúcou zemepisnou šírkou sa lúče stávajú čoraz viac šikmými. Preto smerom k pólom prijímaná energia stále klesá.

Vzdialenosť Zeme od Slnka

Zem obieha okolo Slnka po eliptickej dráhe, čo spôsobuje, že vzdialenosť medzi Slnkom a Zemou sa každoročne neustále mení. To vedie k sezónnym zmenám v slnečnej energii prijímanej Zemou.Priemerná vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom je približne 149 600 000 km (92 900 000 míľ).Keď sa Zem nachádza najďalej (152 miliónov km) od Slnka, je známa ako "afélium" 4. júla. Perihélium (147 miliónov km) nastáva 3. januára každého roka, čo je najbližšia vzdialenosť. Počas afélia je severná pologuľa otočená k Slnku, a preto dostáva o 7 percent menej energie ako počas perihélia (južná pologuľa).

Transparentnosť atmosféry

Atmosféra nie je priehľadná pre všetko žiarenie prichádzajúce zo Slnka, pretože má rôzne zloženie a vrstvy. Je tiež jedným z faktorov, ktoré ovplyvňujú dopad slnečného žiarenia na zemský povrch. Atmosféra sa skladá z plynov, vodnej pary a pevných častíc.Atmosféra je zmesou plynov, ako sú dusík (N), kyslík (O2), argón, oxid uhličitý, neón (Ne), hélium (He), metán (CH4), kryptón (Kr), ozón (O3), oxid dusný (N2O), vodík (H) a xenón (Xe). Atmosféra obsahuje aj vodnú paru, vodu v plynnom skupenstve.

 

 

Čím dlhšie trvá denné svetlo, tým viac slnečného žiarenia sa za deň dostane.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to insolácia?


Odpoveď: Insolácia je slnečné žiarenie, ktoré dopadá na zemský povrch.

Otázka: Ako sa meria insolácia?


Odpoveď: Insolácia sa meria podľa množstva slnečnej energie prijatej na štvorcový centimeter za minútu.

Otázka: Čo je to slnečná energia?


Odpoveď: Slnečná energia je teplo pochádzajúce zo slnečného žiarenia.

Otázka: Čo ovplyvňuje množstvo slnečného žiarenia na Zemi?


Odpoveď: Na množstvo slnečného žiarenia prijatého na Zemi má vplyv ročné obdobie, zemepisná šírka, priehľadnosť atmosféry a sklon terénu.

Otázka: Ako ovplyvňuje oslnenie teplotu?


Odpoveď: Čím viac je oslnenia, tým vyššia je teplota.

Otázka: Kedy je najsilnejšie oslnenie za deň?


Odpoveď: Najsilnejšie slnečné žiarenie je na poludnie.

Otázka: Môže sa slnečná energia nazývať insoláciou, keď ju prijíma Zem?


Odpoveď: Áno, slnečná energia prijatá Zemou sa nazýva insolácia.


Prehľadať
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3