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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Quanta energia solare colpisce la terra? Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative Il sole irradia un'enorme quantità di energia, circa 1,1x1020 kWh al secondo. Un chilowattora è la quantità di energia necessaria per far funzionare una lampadina a incandescenza da 100 watt per 10 ore. Gli strati esterni dell'atmosfera terrestre intercettano circa un milionesimo dell'energia emessa dal Sole, ovvero circa 1500 quadrilioni (1,5 x 1018) kWh all'anno. Tuttavia, a causa della riflessione, della dispersione e dell'assorbimento da parte dei gas atmosferici e degli aerosol, solo il 47% di tutta l'energia, ovvero circa 700 quadrilioni (7 x 1017) kWh, raggiunge la superficie terrestre.
La radiazione solare nell'atmosfera terrestre è suddivisa nella cosiddetta radiazione diretta e diffusa da particelle di aria, polvere, acqua, ecc. Contenute nell'atmosfera. La loro somma forma la radiazione solare totale. La quantità di energia che cade per unità di superficie per unità di tempo dipende da una serie di fattori:
Ora e posizione geografica La quantità di energia solare che cade sulla superficie terrestre cambia a causa del movimento del Sole. Questi cambiamenti dipendono dall'ora del giorno e dalla stagione. Di solito più radiazione solare colpisce la Terra a mezzogiorno che al mattino presto o alla sera tardi. A mezzogiorno, il Sole è alto sopra l'orizzonte e la lunghezza del percorso dei raggi del Sole attraverso l'atmosfera terrestre è ridotta. Di conseguenza, viene dispersa e assorbita meno radiazione solare, il che significa che ne raggiunge di più la superficie. La quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre differisce dal valore medio annuo: in inverno - meno di 0,8 kWh/m2 al giorno nel Nord Europa e più di 4 kWh/m2 al giorno in estate nella stessa regione. La differenza diminuisce man mano che ci si avvicina all'equatore.
La quantità di energia solare dipende anche dalla posizione geografica del sito: più vicino all'equatore, maggiore è. Ad esempio, la radiazione solare totale media annua incidente su una superficie orizzontale è: in Europa centrale, Asia centrale e Canada - circa 1000 kWh/m2; nel Mediterraneo - circa 1700 kWh / m2; nella maggior parte delle regioni desertiche dell'Africa, del Medio Oriente e dell'Australia, circa 2200 kWh/m2. Pertanto, la quantità di radiazione solare varia in modo significativo a seconda del periodo dell'anno e della posizione geografica (vedi tabella). Questo fattore deve essere preso in considerazione quando si utilizza l'energia solare.
L'influenza delle nuvole sull'energia solare La quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre dipende da vari fenomeni atmosferici e dalla posizione del Sole sia durante il giorno che durante tutto l'anno. Le nuvole sono il principale fenomeno atmosferico che determina la quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. In qualsiasi punto della Terra, la radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre diminuisce con l'aumentare della nuvolosità. Di conseguenza, i paesi con tempo prevalentemente nuvoloso ricevono meno radiazioni solari rispetto ai deserti dove il tempo è per lo più senza nuvole. La formazione delle nuvole è influenzata dalla presenza di elementi locali come montagne, mari e oceani, oltre che da grandi laghi. Pertanto, la quantità di radiazione solare ricevuta in queste aree e nelle regioni ad esse adiacenti può differire. Ad esempio, le montagne possono ricevere meno radiazioni solari rispetto alle colline pedemontane e alle pianure adiacenti. I venti che soffiano verso le montagne fanno salire parte dell'aria e, raffreddando l'umidità dell'aria, formano le nuvole. La quantità di radiazione solare nelle aree costiere può anche differire da quella registrata nelle aree situate nell'entroterra. La quantità di energia solare ricevuta durante il giorno dipende in gran parte dai fenomeni atmosferici locali. A mezzogiorno con cielo sereno, il solare totale l'irraggiamento che cade su una superficie orizzontale può raggiungere (ad esempio in Europa centrale) un valore di 1000 W/m2 (in condizioni climatiche molto favorevoli questo valore può essere superiore), mentre con tempo molto nuvoloso è inferiore a 100 W/m2 anche a mezzogiorno. Effetti dell'inquinamento atmosferico sull'energia solare Anche i fenomeni antropogenici e naturali possono limitare la quantità di radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Lo smog urbano, il fumo degli incendi boschivi e la cenere vulcanica nell'aria riducono l'uso dell'energia solare aumentando la dispersione e l'assorbimento della radiazione solare. Cioè, questi fattori hanno un'influenza maggiore sulla radiazione solare diretta che su quella totale. Con un forte inquinamento atmosferico, ad esempio, con lo smog, la radiazione diretta è ridotta del 40% e il totale - solo del 15-25%. Una forte eruzione vulcanica può ridurre, e su una vasta area della superficie terrestre, la radiazione solare diretta del 20% e totale - del 10% per un periodo da 6 mesi a 2 anni. Con una diminuzione della quantità di cenere vulcanica nell'atmosfera, l'effetto si indebolisce, ma il processo di recupero completo può richiedere diversi anni. Il potenziale dell'energia solare Il sole ci fornisce 10 volte più energia gratuita di quella effettivamente utilizzata in tutto il mondo. Il solo mercato commerciale globale acquista e vende poco meno di 000 trilioni (85 x 8,5) di kWh di energia all'anno. Poiché è impossibile seguire l'intero processo, non è possibile dire con certezza quanta energia non commerciale viene consumata dalle persone (ad esempio, quanta legna e fertilizzante viene raccolta e bruciata, quanta acqua viene utilizzata per la produzione meccanica o elettrica energia). Alcuni esperti stimano che tale energia non commerciale rappresenti un quinto di tutta l'energia utilizzata. Ma anche se questo è vero, l'energia totale consumata dall'umanità durante l'anno è solo circa un settemillesimo dell'energia solare che colpisce la superficie della Terra nello stesso periodo. Nei paesi sviluppati, come gli Stati Uniti, il consumo di energia è di circa 25 trilioni (2.5 x 1013) kWh all'anno, che corrisponde a più di 260 kWh pro capite al giorno. Questa cifra equivale a far funzionare più di cento lampadine a incandescenza da 100 W al giorno per un'intera giornata. Il cittadino americano medio consuma 33 volte più energia di un indiano, 13 volte più di un cinese, due volte e mezzo più di un giapponese e il doppio di uno svedese. La quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre è molte volte superiore al suo consumo, anche in paesi come gli Stati Uniti, dove il consumo di energia è enorme. Se solo l'1% del territorio del paese fosse utilizzato per installare apparecchiature solari (pannelli fotovoltaici o sistemi solari per l'acqua calda) funzionanti con un'efficienza del 10%, allora gli Stati Uniti sarebbero completamente riforniti di energia. Lo stesso si può dire di tutti gli altri paesi sviluppati. Tuttavia, in un certo senso, ciò non è realistico: in primo luogo, a causa dell'elevato costo degli impianti fotovoltaici e, in secondo luogo, è impossibile coprire aree così vaste con apparecchiature solari senza danneggiare l'ecosistema. Ma il principio stesso è corretto. È possibile coprire la stessa area disperdendo impianti sui tetti degli edifici, sulle case, lungo i bordi delle strade, su aree di terreno prestabilite, ecc. Inoltre, in molti paesi già oltre l'1% del territorio è destinato all'estrazione, alla conversione, alla produzione e al trasporto di energia. E poiché la maggior parte di questa energia non è rinnovabile su scala dell'esistenza umana, questo tipo di produzione di energia è molto più dannosa per l'ambiente rispetto ai sistemi solari.
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