Солнечная радиация
Солнечная энергия (радиация) – кинетическая энергия излучения, которая образуется в результате термоядерных реакций в недрах Солнца. Поскольку запасы солнечной энергии практически неистощимы ( астрономы подсчитали, что солнце будет еще «гореть» несколько миллионов лет), ее относят к возобновляемым ресурсам.
Спектр солнечного электромагнитного излучения включает в себя широкий диапазон волн. Он состоит из инфракрасного излучения – 43%, видимых лучей – 50%, ультрафиолетового излучения – 7%. Уровень жесткого рентгеновского излучения и гамма-излучения обычно пренебрежительно мал, но в периоды солнечных вспышек может достигать высоких значений. Солнечная активность носит циклический характер, период ее составляет 11 лет, а максимальная активность составляет 10 вспышек в год. Появление вспышки предсказать невозможно, хотя наблюдение за солнечной активностью позволяет приписать высокую или низкую вероятность возможному появлению вспышки в ближайшие пять суток.
Излучение Солнца – является основным источником энергии почти для всех процессов, происходящих в атмосфере, гидросфере и верхних слоях атмосферы. Земля получает в год 10,5*106 КДж/м2 энергии от Солнца. По сравнению с этим количество лучистой энергии другой ничтожно мало. Так лучистая энергия звезд составляет одну стомиллионную долю солнечной энергии.
Солнечную энергию растения используют для фотосинтеза. За счет органических веществ синтезированных растениями удовлетворяются энергетические потребности всех остальных компонентов экосистем. Причина устойчивости экосистем заключается в том, что они базируются на практически неисчерпаемом источнике энергии – на солнечной энергии.
Растениями для процесса фотосинтеза усваивается только 1% солнечной радиации поступающей на Землю. Учеными подсчитано, что примерно такого же количества солнечной энергии было бы достаточно для обеспечения нужд транспорта, промышленности и быта. Проблема заключается в том, что солнечная энергия падает на всю поверхность Земли и нигде не достигает особой интенсивности. Нужно научится улавливать энергию Солнца, концентрировать ее, запасать и трансформировать в другие виды энергии.
За единицу измерения солнечной энергии принимается количество калорий тепла, поглощенное 1 см2 абсолютно черной поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей за одну минуту (кал/см2 мин.)
Поток лучистой энергии Солнца, достигающий земной атмосферы отличается постоянством. Его интенсивность называют солнечной постоянной и принимают в среднем 1,88 кал/см2 мин. Величина солнечной постоянной колеблется в зависимости от расстояния от Земли до Солнца, от солнечной активности, колебания ее составляют 3,4-3,5%.
Количество солнечной радиации зависит от угла падения лучей. Максимальное количество радиации получает поверхность перпендикулярная направлению солнечных лучей. При наклонном падении того же пучка лучистая энергия распространяется на большую площадь и единица поверхности получает меньшее ее количество. Чем меньше угол падения солнечных лучей, тем меньше интенсивность солнечной радиации. Зависимость интенсивности соленчной радиации от угла падения выражается формулой: I1=I0 sin h, где
I0 - солнечная постоянная,
I1 - интенсивность солнечной радиации,
h – угол падения солнечных лучей.
Угол падения солнечных лучей 90 градусов только на экваторе. На остальных широтах от меньше. Соответственно уменьшению угла падения лучей уменьшается и интенсивность солнечной радиации по широтам.
На величину солнечной радиации влияет и атмосфера. Она поглощает и рассеивает лучи, уменьшая интенсивность. Чем длиннее путь луча через атмосферу, тем больше он теряет свою интенсивность. Поэтому с поднятием в горы интенсивность солнечной радиации увеличивается. Общее ослабление радиации в атмосфере при любой высоте Солнца выражается формулой Буге: Im=I0 pm, где
m – путь луча при высоте 90 градусов,
р – коэффициент прозрачности атмосферы,
Прозрачность атмосферы неодинакова в разных условиях. Она зависит от содержания в воздухе влаги, пыли, от широты, времени года.
Солнечная радиация, достигшая поверхности Земли, частично отражается обратно в атмосферу. Отношение радиации, отраженной от поверхности к попадающей на нее называют альбедо. Альбедо выражается в % или долях от единицы и характеризует отражательную способность поверхности.