Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

A Nap több, mint 500 millió éve sugározza energiáját, és várhatóan legalább a következő 50 millió évben is a folyamat tartós lesz. A Nap teljes sugárzási energiája ± 1%-on belül állandó, annak ellenére, hogy a Föld a Nap körül excentrikus pályán kering és a Föld-Nap távolság ± 3%-kal változik. A „napállandó” (solar constant) definíciószerűen a Nap-Föld egymáshoz viszonyított átlagos helyzete esetén a légkörön kívűl a sugárzásra merőleges felületegységen időegység alatt átáramló sugárzási energia. A különböző mérések alapján ennek értéke 1353 W/m². A napállandó relatív változása egy éves ciklus során az 1.1. táblázatban követhető. Az egyes relatív intenzitás értékek az adott hónap 22. napjára vonatkoznak.

Napenergiával működő berendezések űrviszonyok közötti tervezésénél ezek a sugárzási értékek az irányadók. Földi viszonyok között azonban ezek az intenzitás értékek nem használhatók, mert számos egyéb tényező, mint pl. a telepítés földrajzi helyzete, atmoszférikus viszonyok, napszak befolyásolja a Földre érkező sugárzás teljesítményértékét.

A Napon végbemenő folyamatok összetettek, a kibocsátott sugárzási energia spektruma, hullámhosszfüggése szintén összetett. A legtöbb termikus számításnál a Napot úgy tekinthetjük, mint egy 6000 K-en sugárzó fekete testet. Fotovillamos számításoknál, becsléseknél azonban ez kevésbé tehető meg, mert ezeknek az eszközöknek az érzékenysége általában erősen hullámhosszfüggő.

A Nap sugárzásának energiahordozói, a fotonok közül egyes meghatározott hullámhosszúak a Földet körülvevő légrétegen áthaladva a különböző anyagú gázokon abszorbeálódnak. A legtöbb fotovillamos elem, napelem szerencséjére azonban a spektrum látható tartományában (0,38–0,74 µ hullámhossz) – ahol ezek általában igen érzékenyek – az abszorpció kicsi. Ultraviola tartományban (0,38 µ alatt) az oxigén és nitrogén, valamint a felső légrétegek ózon tartalma jelentős abszorpciót okoz. Ez az abszorpció általában a 0,3 µ-nál rövidebb hullámhosszú sugárzás földfelszínre jutását megakadályozza. Az infravörös tartományban (0,74 µ fölött) az abszorpciót a légkörben lévő többatomos molekulák, a víz (H₂O) és széndioxid (CO₂) okozzák.

A légkör hatását a Földet érő sugárzás spektrumára és intenzitására megkísérelték leegyszerűsített módon figyelembe venni. Ebből a célból bevezették az optikai légréteg fogalmát (air mass) és m-el jelölték, és azt mondták, ha az optikai légréteg 0 (azaz m = 0, vagy másképpen AM0), ez a földön kívüli feltétel. Az AM1 nem egy tipikus, de bizonyos mértékig ideális feltétel, mégpedig a föld felszínére vonatkozó sugárzás, merőleges beesés esetén. Az optikai légrétegre egyébként az

m= 1 cos⁡ Θ z MathType@MTEF@5@5@+=feaafiart1ev1aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLnhiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr4rNCHbGeaGqik8vrps0lbbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0RYxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGacaGaaeqabaWaaeaaeaaakeaacaWGTbGaeyypa0ZaaSaaaeaacaaIXaaabaGaci4yaiaac+gacaGGZbacciGae8hMde1aaSbaaSqaaiaadQhaaeqaaaaaaaa@3E66@

összefüggés érvényes, ahol a Θz a Földön a beeső sugárzás és a függőleges által bezárt szög. Ha pl. 60°-ra esik be a függőlegestől, akkor m = 2. Úgy is tekinthetjük, hogy a beeső sugárzásnak a légréteg vastagságának kétszeresén kell keresztülhaladni 60°-os beesés esetén. Ez a légréteg befolyásának egy túlegyszerűsítése a sugárzás intenzitására és spektrumára, mert a tengerszint feletti magasságtól, hőmérséklettől, páratartalomtól, szennyezés mértékétől stb. igen jelentős mértékben változik, de a gyakorlati igényeket sokszor kielégíti. A pontosabb értelmezéskor a vízpárára jellemző w értéket szokták feltüntetni, amely a függőleges légoszlopban előforduló vízgőz mértékére jellemző.

Szükséges még említést tennünk a Nap sugárzásának jellemzésekor a foton fluxusról, amely a sugárzás kvantummechanikai közelítéséből adódik. A sugárzás intenzitását és spektrális eloszlását foton fluxus formájában is értelmezhetjük, mely a sugárzásra merőleges egységnyi felületen másodpercenként átáramló fotonok számával jellemezhető.

A gyakorlatban használhatóbb a másodpercenként egységnyi felületen átáramló azon fotonok száma φ_g, melyeknek energiája nagyobb egy adott E_g energia értéknél.