Прямая солнечная радиация

 

Радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от Солнца, называется прямой солнечной радиацией. Поскольку Земля удалена от Солнца на весьма значительное расстояние, то можно рассматривать солнечную радиацию как поток параллельных лучей, исходящих из бесконечности.

Количественной мерой солнечной радиации, поступающей на какую-либо поверхность, служит энергетическая освещенность или поток радиации, т.е. количество лучистой энергии, падающей на единичную площадь. Если единичная площадь, расположенная перпендикулярно солнечным лучам, получает количество радиации S, то на единицу горизонтальной площади придется меньшее количество лучистой энергии

S¢=S×sinh

где: h – высота Солнца (рис. 2.1).

 

На горизонтальную площадку S¢ приходится количество радиации S¢F¢;, равное SF, т.е. S¢F¢;= SF.

Так как площадь F относится к площади F¢; как АВ к ВС, то S¢=S h .

Если Солнце находится в зените, то S¢=S.

 

Рис. 2.1. Прямая солнечная радиация

 

Поток полной солнечной энергии на горизонтальную поверхность называется инсоляцией. Энергетическая освещенность поверхности измеряется в киловаттах на квадратный метр (кВт/м²).Энергетическая освещенность для определенной длины волны λ; называется спектральной энергетической освещенностью и обозначается S_λ.

Поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называется солнечной постоянной. Эта величина не зависит от поглощения и рассеяния радиации в атмосфере. Она зависит только от излучательной способности Солнца и составляет 1,36 кВт/м².

В начале января Земля приближается к Солнцу на расстояние 147 млн. км, в начале июня она удаляется до 152 млн. км. т.к. освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния, то солнечная постоянная изменяется в течение года всего на 3,5%.

На освещенное полушарие Земли на верхней границе атмосферы падает количество солнечной энергии, равное произведению солнечной постоянной на площадь большого круга. При радиусе Земли равном 6371 км эта площадь равна 1,275×10¹⁴ м², а приходящаяся на нее лучистая энергия равна 1,72×10¹⁷ Вт. За год Земля получает 5,44×10²⁴ Дж.

В среднем на каждый квадратный километр земной поверхности приходится за год 4,27×10¹⁶ Дж. Для получения такого количества энергии необходимо сжечь 400 тыс. тонн каменного угля. Все запасы угля равноценны притоку энергии Солнца за 30 лет. За 1,5 суток Солнце дает Земле энергии, сколько ее вырабатывают все электростанции мира за один год. Сам же поток радиации, поступающий на Землю, составляет менее одной двухмиллиардной доли от всего излучения Солнца. Расход энергии Солнца постоянно компенсируется в результате термоядерных реакций, происходящих в его глубинах.

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями и переходит в форму рассеянной радиации. Частично она поглощается атмосферой и переходит я теплоту. Не рассеянная и непоглощенная радиация достигает земной поверхности.

При наиболее высоком стоянии Солнца и чистой атмосфере поток прямой радиации на уроне моря достигает 1,05 кВт/м². В горах, на высоте 4–5 км этот поток повышается до 1,2 кВт/м².