La radiazione solare è una delle più importanti fonti di energia per il nostro pianeta. È l'energia che viene generata dal sole e poi viaggia verso la terra sotto forma di onde elettromagnetiche. Questa energia viene utilizzata in molti modi, incluso ma non limitato all'alimentazione di pannelli solari, macchine elettriche e alimentazione delle nostre case. La radiazione solare è una fonte di energia molto potente e comprenderne le caratteristiche è importante per sfruttarne appieno il potenziale.
Il Sole è una sfera di materia gassosa intensamente calda con un diametro di 1,39 × 109m ed è, in media, 1,5 × 1011m dalla terra. Visto dalla terra, il sole ruota sul proprio asse circa una volta ogni 4 settimane. Tuttavia, non ruota come un corpo solido; l'equatore impiega circa 27 giorni e le regioni polari impiegano circa 30 giorni per ogni rotazione. Il sole ha una temperatura di corpo nero effettiva di 5777 K.
L'energia solare è il risultato della radiazione elettromagnetica rilasciata dal sole dalle reazioni termonucleari che si verificano all'interno del suo nucleo. Tutte le risorse energetiche sulla terra provengono dal sole (direttamente o indirettamente), ad eccezione dell'energia nucleare, delle maree e geotermica.
Il sole irradia una notevole energia sulla terra. Intensità della radiazione solare, raramente superiore a 950 W/m2ha portato alla creazione di molti tipi di dispositivi per convertire questa energia in forme utili, principalmente calore ed elettricità. La luce radiante e il calore del sole vengono sfruttati utilizzando una gamma di tecnologie in continua evoluzione come il riscaldamento solare, il fotovoltaico, il CSP, l'architettura solare e la fotosintesi artificiale.
Fico sopra. mostra schematicamente la geometria delle relazioni sole-terra. L'eccentricità dell'orbita terrestre è tale che la distanza tra il sole e la terra varia dell'1,7%. Ad una distanza media terra-sole L = 1.495 × 1011m, il sole sottende un angolo di 32 gradi. La radiazione emessa dal sole e la sua relazione spaziale con la terra determinano un'intensità quasi fissa della radiazione solare al di fuori dell'atmosfera terrestre.
La costante solare ISCindica l'energia proveniente dal sole per unità di tempo ricevuta su un'area unitaria di superficie perpendicolare alla direzione di propagazione della radiazione alla distanza media terra-sole al di fuori dell'atmosfera. Il valore medio della costante solare è pari a 1368 W/m2. Pertanto, considerando un'area del piano globale di 1.275 × 1014m2e il raggio medio della terra è di circa 6371 km, la radiazione solare totale trasmessa alla terra è 1,74 × 1017W, mentre il consumo energetico complessivo del mondo è di circa 1,84 × 1013W.
lunghezza d'onda
La prima caratteristica da considerare quando si parla di radiazione solare è la sua lunghezza d'onda. La radiazione solare è costituita da una gamma di lunghezze d'onda e ogni lunghezza d'onda ha un'energia diversa. Le lunghezze d'onda della radiazione solare vanno da circa 0,2 micrometri a circa 4 micrometri e l'energia contenuta all'interno di ciascuna lunghezza d'onda è ciò che determinerà il tipo di energia prodotta.
La misura normale della lunghezza d'onda della radiazione solare e atmosferica è lananometro (nm, 10-9M)e per la radiazione infrarossa è il micrometro (µm, 10-6 M).
Intensità
La seconda caratteristica della radiazione solare è la sua intensità. L'intensità della radiazione solare è misurata dal numero di fotoni per metro quadrato che sono presenti. Più intensa è la radiazione solare, più energia produrrà. L'intensità della radiazione solare è anche influenzata dalla quantità di nuvole e polvere nell'atmosfera e dall'angolo del sole.
Frequenza
La terza caratteristica della radiazione solare è la sua frequenza. La radiazione solare è composta da diverse frequenze, che si misurano in hertz (Hz). La frequenza della radiazione solare varia da circa 1 Hz a 10 Hz. Più alta è la frequenza, più energia produrrà la radiazione.
Il sole è un'entità incredibilmente potente e complessa. Emette una vasta gamma di frequenze di radiazione elettromagnetica, che vanno da un incredibilmente alto 1018 hertz fino a un molto più modesto 104 hertz. Ciò significa che il sole sta emettendo l'incredibile quantità di 1 milione di milioni di onde al secondo di energia alla sua massima frequenza. Alla sua frequenza più bassa, questo si riduce a 10.000 onde al secondo. Oltre a questo, il sole ruota anche sul proprio asse ogni 27 giorni, permettendogli di diffondere la sua energia in tutto il sistema solare.
Direzione
Infine, la quarta caratteristica della radiazione solare è la sua direzione. La radiazione solare viaggia in linea retta, il che significa che è direzionale. Ciò significa che l'energia sarà concentrata solo in una particolare direzione e potrà quindi essere utilizzata per alimentare pannelli solari o altri dispositivi.
Questo aspetto direzionale della radiazione solare può essere sfruttato in vari modi, ad esempio concentrando l'energia sui pannelli solari per massimizzare l'efficienza o utilizzando specchi per riflettere la luce in direzioni specifiche. Inoltre, la natura direzionale della radiazione solare può essere utilizzata per creare ombre o modelli di luce in una particolare area o per dirigere la luce in determinate aree che altrimenti sarebbero inaccessibili.
