Constanta solara

Constanta solar E ₀ este extraterestru iradianța ( intensitate ) în medie pe parcursul multor ani , care lovește pământul de la soare la o distanta medie de la pământ la soare , fără influența perpendicularei atmosferei pe direcția radiației. Termenul „constantă” este folosit în mod convențional, deși nu este o constantă naturală .

Stabilirea și fluctuația sezonieră

În 2015, constanta solară a fost determinată de IAU în conformitate cu noile rezultate ale măsurătorilor

${\ displaystyle E_ {0} = 1361 \ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}}}$

(Rezoluția B3) și a fost efectuată la CODATA de atunci .

Datorită excentricității orbitei , distanța dintre pământ și soare fluctuează între 147,1 și 152,1 milioane de kilometri în fiecare an. Odată cu aceasta, iradiația din afara atmosferei fluctuează între 1325 și 1420 W / m². Astfel, în periheliu valoarea este cu aproximativ 3,4 la sută mai mare și în afeliu cu aproximativ 3,3 la sută sub media anuală.

Când vremea este senină, trei sferturi din energia solară radiată ajunge la nivelul mării, întrucât o parte din aceasta este reflectată și absorbită de atmosferă. Prin urmare, energia solară care ajunge pe sol scade la aproximativ 1000 W / m² chiar și pe vreme senină. Chiar și norii cirusi ușori lasă această valoare să scadă în continuare, până la aproximativ jumătate din valoarea inițială, și astfel sub 700 W / m².

Valoarea medie a constantei solare a fost stabilită în 1982 de Organizația Meteorologică Mondială de la Geneva la:

${\ displaystyle E_ {0} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {J} {m ^ {2} \, s}} = 1367 \ \ mathrm {\ frac {kg} {s ^ {3}}}}$.

Fluctuații și creșteri pe termen lung

Puterea radiantă a soarelui în sine este aproape constantă. Ciclul de 11 ani al petelor solare provoacă, de asemenea, doar fluctuații - atât în ​​spectrul vizibil, cât și în radiația totală - de mai puțin de 0,1%.

În domeniul UV sub 170 nm, radiația poate varia cu un factor de 2. În intervalul de raze X între 0,2 și 3 nm, puterea de radiație poate fi mărită cu până la două ordine de mărime, adică H. cu un factor de 100. În cazul erupțiilor solare , modificările cu mai mult de cinci ordine de mărime (adică cu un factor mai mare de 100.000: A1 până la> X17 ca la 4 noiembrie 2003) sunt posibile în intervalul de raze X între 0,1 și 0,8 nm.

Tulburările pe termen mediu ale orbitei terestre, care influențează și iradiere pe pământ, sunt descrise de ciclurile Milanković .

Pe termen lung, ca urmare a dezvoltării naturale ca stea secvență principală, radiația solară crește cu aproximativ 1% la fiecare 100 de milioane de ani. La scurt timp după crearea sa, luminozitatea sa era de numai 70% din valoarea sa actuală. La evaluarea climatului din istoria timpurie a pământului, acest aspect trebuie luat în considerare, în timp ce acesta nu a mai jucat un rol încă din istoria umană.

Dependența de unghi

Ieșirea pe metru pătrat se referă întotdeauna la o zonă perpendiculară pe radiație. Dacă soarele nu este perpendicular pe suprafața iradiată, puterea radiantă în raport cu aria iradiată este:

${\ displaystyle E_ {0} \ cdot \ sin (\ alpha)}$, unde este unghiul dintre direcția de incidență a radiației și suprafață.${\ displaystyle \ alpha \! \;}$

Mai multe fapte

Puterea radiantă a soarelui care strălucește în mod constant pe pământ poate fi calculată ca produs al constantei solare ( E ₀ = 1361 W / m ² ) cu aria conturului pământului . Conturul pământului este aproximativ un cerc cu raza (medie) a pământului R ₀ = 6.371 km. Puterea totală radiantă a soarelui furnizată pământului este, în consecință, de aproximativ 174 petați (PW):

${\ displaystyle E_ {0} \ cdot \ pi R_ {0} ^ {2} = 173 {,} 55 \ cdot 10 ^ {15} \, \ mathrm {W}}$

Suprafața totală a pământului este de patru ori mai mare decât aria conturului pământului. Pământul trimite constant radiații de căldură de pe întreaga suprafață în spațiu cu un sfert din constanta solară ( E ₀ = 1361 W / m ² ) . Temperatura suprafeței de pe pământ s-a ajustat astfel încât să existe un echilibru aici. ${\ displaystyle 340 {\ mathrm {\ frac {W} {m ^ {2}}}}}$

Pentru comparație, cererea mondială de energie a omenirii a fost de 140 PWh în 2010 (166 PWh sau 14.282 Gtep sau 600 EJ în 2018 conform IEA). Prin urmare, Soarele radiază cu puțin mai multă energie pe pământ într-o oră decât necesarul anual actual de energie mondială a omenirii.

Atmosfera pământului și clima sa influențează radiațiile globale de pe suprafața pământului. Efectul geometric descrie masa de aer ( Air Mass ).

Pentru a exclude influența atmosferei, măsurători ale constantei solare în spațiu au fost făcute din 1978. Satelitul SOHO , lansat în 1995 , observă continuu soarele cu radiometrul Fecioară. Măsurătorile sunt coordonate de Institutul Meteorologic Regal din Belgia .

Puterea radiantă a soarelui

Din constanta solară ( E ₀ = 1361 W / m ² ) poate fi puterea de radiație Φ calculați soarele, prin reacția cu suprafața A a acelei bile de înveliș înmulțită cu soarele, raza Erdabstands-ului central r = 149,6 x 10 ⁹ m are:

${\ displaystyle \ Phi = E_ {0} A = E_ {0} \ times 4 \ pi r ^ {2} = 3 {,} 828 \ times 10 ^ {26} \, \ mathrm {W}}$

Mărimea puterii radiante a soarelui poate fi estimată și folosind legea Stefan-Boltzmann și, dimpotrivă, poate fi estimată constanta solară.

Iradianța soarelui în Germania

Conditiile meteo	vară	iarnă
cerul mai mult senin	până la 1000 W / m²	până la 500 W / m²
tulbure ușoară până la medie	până la 600 W / m²	până la 300 W / m²
înnorări grele până la ceață înnorată	până la 300 W / m²	până la 150 W / m²

Ceea ce se înțelege este radiația solară incidentă pe un metru pătrat al unei suprafețe aproape de sol atunci când soarele este la vârf în jurul prânzului ( observați ora de vară vara !) Și suprafața este orientată în unghi drept cu radiația incidentă.

Constantele solare ale planetelor

Tabelul următor prezintă constanta solară pentru planete și alte corpuri cerești selectate ale sistemului solar:

planetă	Semi-axă majoră în AE	E e medie în W / m²	E e în comparație cu pământul
Mercur	0,387	9126.6, 0	6,70600
Venus	0,723	2601.3, 0	1.91100
Pământ	1.000	1361, 0	1, 00000
Marte	1,524	589.2, 0	0,43300
(1) Ceres	2,766	179, 0	0,13100
Jupiter	5.204	50,50, 0	0,03700
Saturn	9,582	14,99, 0	0,01100
Uranus	19.201	3,71	0,00270
Neptun	30.047	1,51	0,001110
(134340) Pluto	39.482	0,873	0,00064
(136199) Eris	67,700	0,3	0,00022

Vezi si

• radiatie solara
• Energie solara
• Efect de sera
• Masa de aer (astronomie)

Dovezi individuale

1. ↑ Reimann, Hans-Georg; Weiprecht, Compendiu Juergen pentru stagiul astronomic .
2. ↑ Hans-Günther Wagemann, Heinz Eschrich: Fundamentele conversiei energiei fotovoltaice (=  fizica cărților de studiu Teubner ). Teubner, Stuttgart 1994, ISBN 3-519-03218-X . 
3. ↑ Câmpul tensiunii cererii globale de energie . kf2strategy.de.
4. ↑ Explorează datele energetice după categorie, indicator, țară sau regiune , pe iea.org.
5. ↑ Radiații solare solar.lucycity.de, nedisponibil 10 aprilie 2021.