A napsugárzás jellemzői

A Föld legfontosabb energiaforrása a Nap. A napsugárzásnak köszönhető a földfelszín és az azt beborító légréteg felmelegedése, így a -270°C hőmérsékletű világűrben keringő Föld átlagos hőmérséklete eléri a +17°C-ot, lehetővé téve ezzel az élet kialakulását és fenntartását.

A Nap nagyrészt plazma állapotban lévő hidrogénből álló gáztömb tömegében magfúzió, vagyis termonukleáris hőtermelés zajlik, melynek során hidrogén héliummá alakul.

A magfúzió következtében Nap külső felületének a hőmérséklete megközelítőleg 6000°K.

E rendkívüli magas hőmérséklet következtében a Nap a világűr felé rövid hullámhosszú elektromágneses fény-sugárnyalábot bocsát ki.

A napsugárzás teljesítményből (4x10²³ kW) a földfelszín részesedése eléri a 173×10¹² kW.

A Föld légkörének külső határára érkező napsugárzásnak csak egy része éri el a földfelszínt. A teljes mérleg szerint a napsugárzás 23%-át a légköri gázok elnyelik, hővé alakítják, 26% pedig visszaverődés és szórt sugárzás formájában a világűrbe visszasugárzódik.

A földfelszínt így a napsugárzás 51%-a éri el, 33% mint közvetlen rövidhullámú sugárzás és 18% mint diffúz sugárzás. Ebből a földfelszín a napsugárzás 10%-át visszaveri, amiből 5% a légkörben elnyelődik, 5% pedig a világűrbe távozik.

A Föld napsugárzási háztartása - ami több ezerszeresen meghaladja az emberiség jelenlegi energiaigényét - átlagértékben állandóan kiegyenlített, azonban egyes pontjain, értéke időben változó. A jelenség oka a Föld geometriai viszonya a Naphoz, ami befolyásolja az időjárás alakulását.

A napsugárzás a légkör határán az alábbi tartományokra osztható:

·         Ibolyántúli sugárzás, részaránya 9%.

·         Látható fény tartománya, részaránya 49%.

·         Nem látható infravörös (hő-) sugárzás, részaránya 42%.

Fentiekből látható, hogy a légkör, a földfelszínre érkező napsugárzás gyengülését okozza, amit jelentősen befolyásol az időjárás állandó változásától függő felhőzet és köd jelenléte, ezek a napsugárzás jelentős részét visszaverik, ill. elnyelik.

A Föld forgástengelye és a Nap körüli keringés tengelye közötti 23,5°-os eltérés miatt a Nap látszólagos pályája az égbolton az év minden napján más és más. Ez a pálya télen alacsonyabb, nyáron magasabb, ami természetesen befolyásolja a hasznosítható energia mennyiséget is.  

Mivel Magyarország az északi mérsékelt övben, az északi szélesség 45,8° és 48,6° között található, a napsütéses órák száma megközelítőleg 2100 óra/év.

Az érkező napsugárzás hőmennyisége ~1300 kWh/m² év, csúcsértéke nyáron, a déli órákban, tiszta égbolt esetén eléri, néha meghaladja az 1000 W/m² értéket.

A földfelszínre érkező napsugárzás

Magyarországon ennek a hőmennyiségnek legnagyobb értéke – megközelítőleg évi 1450 kWh/m² – a déli tájolású és 40-42°-os dőlésszögű felületre érkezik. Erre az értékre hatással van a hőelnyelő – napkollektor – optimális dőlésszöge, tájolása, illetve a napenergia-hasznosító berendezés típusa ill. üzemi körülménye is.

Felmerülhet az a kérdés is, hogy célszerű-e a Nap irányába forgatni a hőelnyelő készüléket. Mivel a napsugárzás jelentős része határozott irány nélküli szórt sugárzás, a napkövetéssel elérhető teljesítménynövekedés általában nem áll arányban a forgatás miatti bonyolultság- és költségnövekedéssel.