Cât de multă energie solară ajunge pe Pământ?
Soarele emite o cantitate imensă de energie - aproximativ 1,1x1020 kWh pe secundă. Kilowatt-oră este cantitatea de energie necesară pentru a rula un bec cu incandescență de 100 wați timp de 10 ore. Straturile exterioare ale atmosferei Pământului interceptează aproximativ o milionime din energia emisă de Soare sau aproximativ 1500 de quadrilioane (1,5 x 1018) kWh anual. Cu toate acestea, datorită reflexiei, dispersiei și absorbției de gaze și aerosoli atmosferici, doar 47% din energia totală, sau aproximativ 700 de cvadrilioane (7 x 1017) kWh, ating suprafața Pământului.
Radiația solară în atmosfera Pământului este împărțită în așa-numitele radiații directe și aer, praf, apă împrăștiată pe particule etc. conținute în atmosferă. Suma lor formează radiația solară totală. Cantitatea de energie care se încadrează pe unitatea de suprafață pe unitate de timp depinde de o serie de factori:
- latitudini
- din climatul local al sezonului
- unghiul de înclinare al suprafeței față de Soare.
Ora și locația geografică
Cantitatea de energie solară care se află pe suprafața Pământului se schimbă datorită mișcării Soarelui. Aceste schimbări depind de timpul și de sezonul. De obicei, la prânz, mai multe radiații solare lovesc Pământul decât dimineața devreme sau seara târzie. La prânz, Soarele este înalt deasupra orizontului, iar lungimea căii razele Soarelui prin atmosfera Pământului este redusă. În consecință, mai puțină radiație solară este împrăștiată și absorbită și, prin urmare, ajunge mai mult la suprafață.
Cantitatea de energie solară care atinge suprafața Pământului diferă de valoarea medie anuală: în timpul iernii - cu mai puțin de 0,8 kWh / m2 pe zi în nordul Europei și mai mult de 4 kWh / m2 pe zi în timpul verii în această aceeași regiune. Diferența scade când ne apropiem de ecuator.
Cantitatea de energie solară depinde de localizarea geografică a sitului: cu cât este mai aproape de ecuator, cu atât este mai mare. De exemplu, media anuală a incidenței totale a radiației solare pe o suprafață orizontală este: în Europa Centrală, Asia Centrală și Canada - aproximativ 1000 kWh / m2; în Marea Mediterană - aproximativ 1700 kWh / m2; în majoritatea regiunilor deșertice din Africa, Orientul Mijlociu și Australia - aproximativ 2200 kWh / m2.
Astfel, cantitatea de radiații solare diferă semnificativ în funcție de sezon și locația geografică (vezi tabelul). Acest factor trebuie luat în considerare la utilizarea energiei solare.
Influența norii asupra energiei solare
Cantitatea de radiații solare care ajunge la suprafața Pământului depinde de diverse fenomene atmosferice și de poziția soarelui atât în timpul zilei, cât și pe tot parcursul anului. Nori - principalul fenomen atmosferic, determinând cantitatea de radiații solare care ajunge la suprafața Pământului. În orice punct al pământului, radiația solară care atinge suprafața Pământului scade odată cu creșterea temperaturii. În consecință, țările cu vremii predominante înnorate primesc mai puțin radiații solare decât deserturi, unde vremea este în cea mai mare parte clară.
Formarea de nori este influențată de prezența unor astfel de caracteristici ale reliefului local, cum ar fi munții, mările și oceanele, precum și lacurile mari. Prin urmare, cantitatea de radiații solare primite în aceste regiuni și regiunile adiacente acestora poate fi diferită. De exemplu, munții pot primi mai puține radiații solare decât poalele și câmpiile adiacente. Vânturile care suflă spre munți forțează o parte din aer să crească și, în timp ce răcește umezeala din aer, formează nori. Cantitatea de radiații solare din zonele de coastă poate fi, de asemenea, diferită de cea înregistrată în zonele situate în interiorul continentului.
Cantitatea de energie solară furnizată în timpul zilei depinde în mare măsură de fenomenele atmosferice locale. La prânz, cu un cer senin, solarul total
radiația care atinge o suprafață orizontală poate atinge (de exemplu, în Europa Centrală) o valoare de 1000 W / m2 (în condiții meteorologice foarte favorabile, această valoare poate fi mai mare), în vreme ce în condiții de temperatură foarte scăzută este sub 100 W / m2 chiar și la prânz.
Influența poluării atmosferice asupra energiei solare
Fenomenele antropogene și naturale pot, de asemenea, limita cantitatea de radiație solară care ajunge la suprafața Pământului. Orașul de smog, fumul din incendiile forestiere și cenușa din aer formată ca rezultat al activității vulcanice, reduc posibilitatea utilizării energiei solare, sporind dispersia și absorbția radiației solare. Adică, acești factori au un impact mai mare asupra radiației solare directe decât asupra totalului. Dacă aerul este puternic poluat, de exemplu, cu smog, radiațiile directe scad cu 40%, iar radiația totală - cu doar 15-25%. O erupție vulcanică puternică poate scădea, iar pe o suprafață mare a suprafeței Pământului, radiațiile solare directe cu 20%, iar totalul - cu 10% pentru o perioadă de 6 luni până la 2 ani. Cu o scădere a cantității de cenușă vulcanică din atmosferă, efectul este slăbit, însă procesul de recuperare completă poate dura mai mulți ani.
Potențialul energiei solare
Soarele ne oferă de 10.000 de ori mai multă energie liberă decât de fapt folosită în întreaga lume. Numai pe piața comercială mondială se cumpără și se vând puțin mai puțin de 85 de bilioane (8,5 x 1013) kWh de energie pe an. Deoarece este imposibil să urmăm întregul proces, este imposibil să spun cu certitudine cât de mult consumă energia necomercială (de exemplu, cât de mult lemnul și îngrășământul sunt colectați și arși, cât de multă apă este folosită pentru a produce energie mecanică sau electrică). Unii experți consideră că o astfel de energie necomercială reprezintă o cincime din toată energia utilizată. Dar chiar dacă este așa, energia totală consumată de omenire pe parcursul anului este doar aproximativ o mie din energia solară care atinge suprafața Pământului în aceeași perioadă.
În țările dezvoltate, de exemplu, în SUA, consumul de energie este de aproximativ 25 de bilioane (2,5 x 1013) kWh pe an, ceea ce corespunde cu mai mult de 260 kWh pe persoană pe zi. Acest indicator este echivalent cu funcționarea zilnică a mai mult de o sută de becuri incandescente cu o putere de 100 W pentru o zi întreagă. Un cetățean american mediu consumă de 33 de ori mai multă energie decât un rezident al Indiei, de 13 ori mai mult decât un chinez, de două ori și jumătate mai mult decât un japonez și de două ori mai mult decât un suedez.
Cantitatea de energie solară care se încadrează pe suprafața Pământului depășește de multe ori consumul său, chiar și în țări precum Statele Unite, unde consumul de energie este enorm. Dacă doar 1% din teritoriul țării a fost utilizat pentru a instala echipamente solare (baterii fotoelectrice sau sisteme solare de apă caldă) care funcționează cu un factor de eficiență de 10%, atunci SUA ar fi complet dotate cu energie. Același lucru se poate spune și pentru toate celelalte țări dezvoltate. Cu toate acestea, într-un anumit sens, acest lucru este nerealist - în primul rând, datorită costului ridicat al sistemelor fotovoltaice și, în al doilea rând, este imposibil să acoperiți astfel de zone mari cu echipamente solare, fără a afecta ecosistemul. Dar principiul în sine este adevărat.
Este posibil să se acopere același teritoriu prin dispersarea instalațiilor pe acoperișurile clădirilor, pe case, pe marginea drumului, pe secțiuni predeterminate ale pământului etc. În plus, în multe țări, mai mult de 1% din teren este dedicat extracției, transformării, producției și transportului de energie. Și, deoarece cea mai mare parte a acestei energii nu este regenerabilă în scara existenței umane, acest tip de producție de energie este mult mai dăunătoare pentru mediu decât sistemele solare.