Сила солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, варьируется в зависимости от времени суток, сезона, географического положения и погодных факторов. Суммарный объем энергии, рассчитанный за день или год, именуется инсоляцией (или «притоком солнечной радиации») и отражает мощность солнечного света. Инсоляция измеряется в Вт*ч/м² за день или другой временной промежуток.
В космическом пространстве на расстоянии, равном среднему удалению Земли от Солнца, интенсивность излучения называется солнечной постоянной и составляет 1353 Вт/м². При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабевает из-за поглощения инфракрасного излучения водяным паром, ультрафиолета — озоном, а также рассеивания частицами пыли и аэрозолями. Степень влияния атмосферы на интенсивность солнечного света, достигающего поверхности, определяется как «воздушная масса» (АМ), которая рассчитывается как секанс угла между Солнцем и зенитом.
Спектральное распределение солнечного излучения в разных условиях показано на рис.1 и 2. Кривая АМ0 соответствует излучению за пределами атмосферы, например, на космическом корабле. Она приближена к спектру абсолютно черного тела при температуре 5800 К. Кривые АМ1 и АМ2 отражают спектр на поверхности Земли при положении Солнца в зените и под углом 60° соответственно, с мощностью излучения около 925 и 691 Вт/м². Средняя интенсивность на Земле близка к значению при АМ=1,5 (Солнце под углом 48° к горизонту).Рис.1
Рис.2
Вблизи поверхности Земли средняя интенсивность солнечного излучения составляет около 635 Вт/м². В ясный день она может достигать 950–1220 Вт/м², со средним значением около 1000 Вт/м². Например, в Цюрихе (47°30′ с. ш., 400 м над уровнем моря) интенсивность излучения 1 мая в полдень составляет 1080 Вт/м², а 21 декабря — 930 Вт/м².
Для упрощения расчетов приток солнечной энергии выражают в пиковых часах солнечного сияния с интенсивностью 1000 Вт/м². Один пиковый час равен 1000 Вт*ч/м². Это соответствует периоду максимальной освещенности в безоблачный летний день.
Приток солнечной радиации варьируется в течение дня и в зависимости от местоположения, особенно в горных районах. Годовая инсоляция колеблется от 1000 кВтч/м² в северной Европе до 2000–2500 кВтч/м² в пустынях. Погодные условия и широта также влияют на объем получаемой энергии.
Рис.3
В России, вопреки стереотипам, множество регионов подходят для преобразования солнечной энергии в электричество с помощью солнечных панелей. В районах (см. рис. 3) с более чем 2000 часов солнечного сияния в год их можно использовать круглогодично. Зимой выработка энергии снижается, но стоимость остается ниже, чем при использовании дизельных генераторов.
Особенно выгодно применение солнечных батарей в удаленных районах без централизованного электроснабжения. Даже в регионах с сетями использование солнечных панелей позволяет снизить затраты на электроэнергию. С учетом роста тарифов монополий, установка солнечных батарей становится разумной инвестицией.
Пример: При интенсивности излучения 1000 Вт/м² за час на 1 м² поверхности поступает 1 кВтч энергии. Средний приток 5 кВтч/м² за день эквивалентен 5 пиковым часам солнечного сияния. Пиковые часы используются в расчетах солнечных установок.
