Expunere la soare

Insolația medie anuală la vârful atmosferei (deasupra) și la suprafață.

Izolația este măsura cantității de radiații emise de Soare care ajunge la o suprafață dată pe unitate de timp . Se exprimă, ca iradiere medie, în wați pe metru pătrat (W / m²) sau kilowați-oră pe metru pătrat pe zi [kW · h / (m² · zi)]; în cazul sistemelor fotovoltaice, acesta este adesea măsurat și ca kilowatt-oră pe an per kilowatt-oră de vârf (kWh / kWp • y). Produsul insolației medii a unui loc într-un anumit interval de timp pentru heliofania locului în același interval de timp, pe de altă parte, oferă măsurarea incidentei energiei solare totale pe metru pătrat pe locul în sine.

Suprafața dată poate fi cea a unei planete sau a unui corp terestru din atmosfera planetei sau a oricărui alt obiect, inclusiv sondele spațiale , expuse direct la radiațiile solare care se află în afara atmosferei unei planete. O parte din radiații sunt absorbite de suprafață, provocând încălzirea obiectului, în timp ce restul este reflectat; cantitatea acestuia din urmă depinde de reflectivitatea și albedo- ul corpului.

Efect de proiecție

Insolarea unei suprafețe este mai mare cu cât suprafața expusă direct la razele soarelui este mai mare. Pe măsură ce unghiul dintre suprafața normală și direcția razelor de lumină crește, insolația scade proporțional cu cosinusul unghiului; această lege este cunoscută, în optică , drept legea cosinusului lui Lambert . În medie, pe parcursul anului, polii geografici primesc mai puțină insolație decât cea a ecuatorului , deoarece suprafața pământului, la poli, este mai înclinată față de razele solare decât ecuatorul; din acest motiv, pe Pământ, regiunile polare sunt mai reci decât cele ecuatoriale.

Insolatie pe Pamant

Insolarea medie a Europei.

Viteza vânturilor de pe Pământ depinde în mare măsură de insolație.

Termenul de insolație directă definește cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața pământului direct prin atmosferă fără a interacționa cu gazele atmosferice; insolația difuză este în schimb cantitatea de radiație solară care este difuzată sau reflectată de atmosferă.

În cursul anului, cantitatea medie de radiații care atinge vârful atmosferei terestre este de aproximativ 1395 de wați pe metru pătrat ; această valoare se numește constanta solară .^[1] Energia radiantă este distribuită de-a lungul întregului spectru electromagnetic , deși vârful energetic corespunde lungimilor de undă ale vizibilului . Deoarece radiația solară este atenuată pe măsură ce trece prin straturile atmosferei terestre, insolarea suprafeței pământului este redusă la aproximativ 1000 W / m², valoare atinsă în condiții meteorologice clare atunci când Soarele este la zenit (adică razele sale) sunt perpendiculare pe suprafața pământului).

În timp ce constanta solară variază în funcție de distanța Pământ-Soare și de ciclurile solare , scăderea valorii constantei dintre vârful atmosferei și suprafața pământului depinde de unghiul de înălțime solar (care variază în funcție de momentul zilei și pe sezon ), acoperirea norilor , umiditatea și poluarea aerului .

Lăsând deoparte acoperirea cu nori, insolația medie a Pământului este de aproximativ 250 de wați / m² pe metru pătrat [900 kWh / m²], luând în considerare intensitatea mai mică a radiației dintre dimineață și seară, și absența sa aproape totală în timpul nopții .

Izolația poate fi exprimată și în Sol , o unitate de măsurare a debitului echivalentă cu 1000 W / m². Cu toate acestea, unitatea nu trebuie confundată cu solul , care exprimă durata unei zile solare pe altă planetă (cum ar fi Marte ).

Aplicații

Insolatie Italia

Izolația este principala variabilă care reglează echilibrul termic și clima unei planete . Acest factor este luat în considerare în științele astronautice și planetare , precum și în construcții , în special în proiectarea clădirilor adecvate unui anumit climat. ^[2]

Efectul de proiecție găsește utilizări în arhitectură , în special în proiectarea clădirilor răcoroase vara și calde iarna , datorită amplasării ferestrelor verticale mari pe latura clădirii orientată spre ecuator (partea sudică în emisfera nordică). sau partea de nord în emisfera sudică ): această stratagemă face ca insolarea să fie mai eficientă în lunile reci, în care soarele are un punct culminant scăzut și favorizează o insolare mai mică în lunile fierbinți, în care soarele atinge punctul culminant maxim (ar trebui trebuie avut în vedere faptul că mișcarea aparentă a Soarelui de-a lungul sferei cerești , numită analemă , variază pe parcursul anului cu 47 °).

Izolația are, de asemenea, o mare importanță din punct de vedere energetic, deoarece ne permite să stabilim în ce zonă pot fi instalate sistemele fotovoltaice . ^[3] Panourile fotovoltaice sunt calibrate în așa fel încât să se determine, în condiții standard, vârfurile de watt, ^[4] care pot fi utilizate, împreună cu rata de insolație a zonei, pentru a determina randamentul care ar fi de așteptat de la fotovoltaic plantă, împreună cu alți factori, cum ar fi înălțimea, urmărirea și umbrirea (care este uneori inclusă în estimarea vârfului de watt). ^[5] Valorile de insolație depind de diferitele regiuni ale pământului și variază de la 800 la 950 kWh / kWp • y în Norvegia până la 2200-2400 kWh / kWp • y în Thailanda și Israel .

În domeniul ingineriei civile și hidrologiei , modelele numerice privind topirea zăpezii se bazează pe observații exacte ale ratei de insolație; aceasta permite estimări precise ale vitezei cu care apa lichidă este eliberată dintr-un bloc de gheață care se topește. Măsurătorile pe teren se fac prin utilizarea unui piranometru .