A Nap és a Föld
A NAP ÉS A FÖLD
Néhány nagyon erős sugárzó energiaforrás a csillag. Tekintettel azonban óriási távolságukra és mivel az általuk leadott sugárzás gyengül, mivel az űrben terjedve egyre nagyobb gömbfelületre terjed, az általuk a Földön okozott hatások nagyon kicsiek.
Közülük azonban az egyik, a Nap, a közelsége miatt képes olyan mennyiségű sugárzó energiát eljuttatni hozzánk, hogy megteremtette azokat a fizikai feltételeket, amelyek a bolygón kialakulása óta uralkodtak, beleértve azokat is, amelyek meghatározzák, amit tudunk mint az élet.
A Nap energiájának mennyiségi vonatkozásai érdekelnek minket anélkül, hogy elmélyülten leírnánk azokat a fizikai-kémiai átalakulásokat, amelyeken keresztül mennek, miután hatással vannak a föld felszínére.
1.- Numerikus adatok
A Nap meglehetősen hétköznapi csillag, azzal a különlegességgel, hogy csak a Földtől körülbelül 150 millió kilométer távolságban található meg. Az általa kibocsátott sugárzás valamivel több mint 8 percet vesz igénybe bolygónk eléréséhez, körülbelül 300 000 km/s sebességgel. Átmérője körülbelül 1 400 000 km, tömege pedig megegyezik a Földdel megegyező körülbelül 300 000 bolygó tömegével.
Mint minden csillag, a Nap is egy óriási atomkemence, amelyben a tömeg folyamatosan átalakul sugárzó energiává, több mint 5000 millió év alatt kiszámítva azt az időt, amely telik, amíg teljesen ki nem olt.
Ebből a hatalmas mennyiségű sugárzó energiából csak egy apró töredék jut el bolygónkra, bár nagyon nagy mennyiséget képvisel ahhoz az energiához képest, amelyre technológiai civilizációnk fenntartásához szükségünk van. A probléma nem a rendelkezésre álló energia összmennyisége, hanem a használatának nehézségei, mivel szétszórtan terjed a föld és az óceánok teljes felületén. Átlagosan a külső atmoszféránkba jutó energiamennyiség egyenértékű 1,4 kW/mІ teljesítménnyel, amely mennyiség a légkörön áthaladva és a földre érve 1 kW körülire csökken.
A Nap felszínének tényleges hőmérséklete körülbelül 5600 єC. Ezek az adatok azért fontosak, mert a test által kibocsátott sugárzás jellemzői a test felszínének hőmérsékletétől függenek. Az 5600 єC hőmérséklet magasabb, mint a normál ipari folyamatokban általában elérhető hőmérséklet, amelyet az ember mesterségesen képes előállítani. Ezért a napsugárzás jellemzői jelentősen eltérnek a többi mesterséges sugárforrás jellemzőitől.
A napsugárzás különböző frekvenciájú elektromágneses hullámok keverékéből tevődik össze, amelyek közül néhányat (olyanokat, amelyek "hullámhossza" 0,4 és 0,7 µm között van) az emberi szem detektálhatja, ami látható fényként ismert. Mások, bár nem láthatók, a hatásukat is észrevehetővé teszik, azáltal, hogy az általuk szállított energiát átadják a testeknek.
2.- A Föld helyzete a Naphoz képest
A kapott energia abszolút mennyiségénél még fontosabb az a dőlésszög, amellyel a sugárhullámok (vagyis a Nap sugarai) egy felületre ütköznek, mivel ez az energia többé-kevésbé kiterjedt területen történő elterjedését okozza, csökken vagy csökken. intenzitásának növelése.
A Föld forgástengelyének a Nap körüli pályája síkjához és gömb alakjához viszonyított dőlése miatt a Föld felszínének ugyanazon pontja az évszakától függően eltérő hajlású sugarakat fogad, ezért a négyzetméter vízszintes felületet befolyásoló tényleges energia jelentősen változik.
Télen a napsugarak a vízszinteshez képest kis szöget zárnak be, ellentétben a nyárival, amikor a szög sokkal nagyobb, és az Egyenlítő közelében lévő területeken, valamint a nap középső pillanataiban merőlegest érnek el. Emiatt a teljes beesési energia nyáron sokkal magasabb, mint télen, és ha figyelembe vesszük a beeső energiát egy bizonyos időszakban - például egy órában -, akkor a nap központi óráiban is jóval magasabb ( dél körül), hogy a napfelkeltéhez vagy napnyugtához közeli órákban.
Bár mindannyian tudjuk, hogy a Föld forog a Nap körül, és nem fordítva, gyakorlati célokból mégis hasznos, és ugyanazokra az eredményekre vezet, ha feltételezzük, hogy a Nap forog bolygónk körül, leírva egy megközelítőleg kör alakú pálya (valójában egy nagyon sekély ellipszist ír le).
Ezzel a fiktív modellel a Nap úgy viselkedik, mint egy napfény, amely napról napra emelkedik keletről és nyugat felé, és az évszakától függően többé-kevésbé széles ívet ír le az égen.
Tavasszal és nyáron a naputak íve nagyobb, a Nap magasabbra emelkedik a láthatár felett, és tovább ragyog az égen. Éppen ellenkezőleg, télen a láthatáron lévő pontok, ahol emelkedik és beáll, közelebb vannak egymáshoz, az út rövidebb és kevésbé magas, és a napkelte és napnyugta között eltelt idő (a nap napjának időtartama) sokkal kevesebb.
Logikusan elmondható, hogy minél hosszabb a nap napjának időtartama, annál több energia gyűlik össze a nap folyamán. Ezenkívül egy másik tényező, amely még fontosabb, mint a nap hossza, az a tény, hogy minél alacsonyabb a szolárút, annál kisebb szöget zárnak be a sugarak a vízszintes talajhoz képest, és mint mondták, az intenzitás kisebb lesz., úgy, hogy az energiát nagyobb területen kell elosztani.
Egy másik tényező, amely meghatározza a felszínig érő kisebb vagy nagyobb energiamennyiséget, a terület felhősségének mértéke. A felhők elnyelik a napenergia nagy részét, felülről visszatükrözve visszajuttatják az űrbe. Egy tipikus felhős napon az az energia, amely képes áthaladni a felhőrétegen, csak egy kis része annak az energiának, amely a felszínre jutna, ha az ég tiszta lenne, és általában nem elegendő a napenergia-felhasználási rendszerek számára (kivéve lehetséges fotovoltaikus hatás alapján) működőképesek lehetnek.
Az adott régió éghajlati viszonyai tehát a legfontosabb tényezők a napelemes létesítmény gyakorlati lehetőségeinek értékelésénél. Ha az éghajlat bőven felhős, akkor kicsi az esély arra, hogy a rendszer nyereségessé váljon.
Az átlagos léghőmérséklet és a szélsebesség is befolyásolja, bár kisebb mértékben, mint a felhőtakaró, különösen a vízmelegítésre szánt lapos kollektorokban, mivel ha az említett hőmérséklet túl alacsony vagy az uralkodó szél erős, a kollektor hajlamos gyorsan elveszíteni a hőmérsékletet. a napsugárzás által termelt hő, ami megnehezíti a fűteni kívánt vízbe történő továbbítását.