Solindstråling (insolation): Definition, måling og påvirkende faktorer
Solindstråling (insolation): Forstå definition, måling og de vigtigste faktorer—hvordan solenergi, årstid og hældning påvirker temperatur og energimængde.
Insolation er afledt af udtrykket "indkommende solstråling" og bruges specifikt om den solstråling, som først når frem til jordens atmosfære og dernæst til jordens overflade. Varmen og energien stammer fra solen og betegnes ofte samlet som solstråling eller solenergi. Insolation beskriver mængden af indkommende solstråling, der modtages over et enhedsareal af jordens overflade.
Traditionelt angives insolation nogle steder som den mængde solenergi, der modtages pr. kvadratcentimeter pr. minut. I moderne faglig sammenhæng anvendes dog ofte SI-enheder som watt pr. kvadratmeter (W/m²) eller energi pr. areal over en dag (f.eks. kWh/m²/dag).
Måling og definitioner
Der skelnes typisk mellem flere komponenter af solindstråling:
- Global horisontal bestråling (GHI): den samlede solstråling mod en horisontal flade; indeholder både direkte og diffus stråling.
- Direkte normal bestråling (DNI): den direkte stråling fra solen målt normal (vinkelret) på solens stråler.
- Diffus horisontal bestråling (DHI): den spredte stråling fra himlen (skyet og luftspredt).
Måleinstrumenter omfatter pyranometre (til GHI og DHI), pyrheliometre (til DNI) samt fjernmåling fra satellitter, som dækker store områder og giver gennemsnitskort for insolation over tid.
Faktorer, der påvirker insolation
Indstråling varierer betydeligt og er bestemt af flere hovedfaktorer:
- Breddegrad og Solhøjde: Jo tættere på ækvator, desto højere indfaldsvinkel og større stråling. Solens vinkel over horisonten (solhøjden) bestemmer intensiteten.
- Årstider og jordaksens tilt: Jordens hældning og bane omkring solen ændrer solhøjden og daglængden og medvirker til årstidernes variation i indstråling.
- Tidsrum på dagen: På en given dag er den kraftigste solindstråling ved middagstid (solen står højest og strålerne passerer kortere vej gennem atmosfæren).
- Atmosfærens gennemsigtighed: Skydække, aerosoler, støv, vanddamp og ozon absorberer og spreder solstråling og kan reducere den modtagne energi kraftigt.
- Overfladens hældning og orientering: Skråninger (aspekt) og vinklen mod solen ændrer hvor meget energi en given flade modtager — vigtigt for bygninger og solcelleanlæg.
- Overfladealbedo: Refleksivitet fra jordoverflade (sne, sand, vegetation, vand) påvirker hvor meget stråling der absorberes eller reflekteres tilbage til atmosfæren.
Indvirkning på temperatur og anvendelser
Indstråling påvirker direkte temperaturen — generelt gælder, at jo større solindstråling, desto højere opvarmning af luft og overflader under ensartede forhold. Insolation har også stor betydning for:
- Klima og vejr (varmebalance, fordampning, dannelse af lokale cirkulationer).
- Landbrug (vækstforhold, fotosyntese og sæsonplanlægning).
- Solenergi (dimensionering og placering af solceller og solvarmeanlæg baseres på lokale insolationstal).
Typiske værdier og variation
Den solenergi, der når jordens overflade, kan variere meget: under klar himmel kan den kortvarige effekt ved middagstid være omkring 800–1.100 W/m² på en horisontal flade (lokalt afhængigt af atmosfæriske forhold), mens de daglige akkumulerede værdier ofte ligger i intervallet ca. 2–8 kWh/m²/dag afhængigt af breddegrad, sæson og skyforhold. Skyer og forurening kan sænke værdierne dramatisk sammenlignet med klart vejr.
Praktisk note
For planlægning af solenergianlæg og klimastudier anvendes ofte langtidsgennemsnit og kartografiske data (insolation-kort) samt målinger fra lokale vejrstationer eller satellitbaserede produkter for at få et pålideligt estimat af tilgængelig solenergi.
Afslutningsvis: Insolation betegner den mængde solstråling, der når jordens overflade, og dens variation bestemmes af astronomiske, atmosfæriske og lokale overfladeforhold. Påvirkningen er essentiel for temperatur, vejr, økosystemer og energianvendelse.
Jordens klima er i høj grad bestemt af planetens energi
Kort over solstråling i Europa
Solstråling i Afrika og Mellemøsten
Isolerede bakker i Monument Valley, USA.
Faktorer, der påvirker solindstrålingen
Den mængde solindstråling, der modtages på jordens overflade, er ikke ensartet overalt. Den varierer alt efter sted og tid. Når de tropiske områder modtager den maksimale årlige solindstråling, falder den gradvist mod polerne. Solindstrålingen er større om sommeren og mindre om vinteren. De vigtigste faktorer, der har indflydelse på den modtagne solindstråling, er: --
- Solkonstant
- Solens indfaldsvinkel
- Varighed af dagen
- Jordens afstand fra solen
- Gennemsigtighed i atmosfæren
Solkonstant
Den solindstråling, der modtages på toppen af jordens atmosfære, udtrykkes som solkonstanten.Den modtages på toppen af atmosfærens overflade (termopausen) i et vinkelret plan på solstrålen. Den gennemsnitlige solindstråling, der modtages ved termopausen, dvs. 1368 Wm2 (watt pr. kvadratmeter) energi (solkonstant) i form af kortbølger. Den betegnes derfor som solkonstant for denne gennemsnitlige afstand fra solen. Denne solkonstant varierer over 1 Wm2 på grund af periodiske forstyrrelser og eksplosioner på solens overflade, der grundlæggende er forbundet med solpletter. Solpletter er mørke og køligere områder, der er synlige på solens overflade.De seneste undersøgelser har vist, at der frigives mere og mere energi, når solpletterne er mange.Antallet af solpletter stiger eller falder også regelmæssigt, hvilket skaber en cyklus på 11 år.
Indfaldsvinkel
Da jorden er en geoid, der ligner en kugle, rammer solens stråler overfladen i forskellige vinkler forskellige steder. Dette afhænger af stedets breddegrad: Jo højere breddegrad, jo mindre er den vinkel, de danner med jordens overflade. Det areal, der dækkes af de lodrette stråler, er altid mindre end det areal, der dækkes af de skrå stråler. Hvis der dækkes et større areal, bliver energien fordelt, og den modtagne nettoenergi pr. arealenhed falder. Desuden gennemløber solens stråler med en lille vinkel en større del af atmosfæren end stråler, der rammer i en stor vinkel.
Varighed af dagen
Dagens længde bestemmer varigheden af sollyset, som påvirker mængden af solstråling, der modtages af jordens overflade. Jo længere solskinsperiode, jo større mængde solstråling vil en del af jorden modtage, f.eks. er længden af dage og nætter ved ækvator 12 timer i alle måneder, men i de arktiske og antarktiske troper varierer solskinslængden mellem 0 og 24 timer. På efterårs- og forårsjævndøgn (henholdsvis den 23. september og den 21. marts) står solen over ækvator ved middagstid, og natten og dagen er lige lange over hele jorden på disse dage, og den største mængde solindstråling modtages ved ækvator, mens solindstrålingen aftager mod polerne, hvilket skyldes, at solstrålingen er lodret ved ækvator, men med stigende breddegrader bliver strålerne mere og mere skråt. Derfor bliver den modtagne energi mindre og mindre mod polerne.
Jordens afstand fra solen
Jorden drejer rundt om solen i en elliptisk bane, hvilket resulterer i en løbende ændring af afstanden mellem solen og jorden på årsbasis. Det fører til sæsonbetingede variationer i den solenergi, som jorden modtager.Den gennemsnitlige afstand mellem jorden og solen er ca. 149 600 000 km.Når jorden er længst væk (152 mio. km) fra solen, kaldes det "aphelion" den 4. juli, mens perihelion (147 mio. km) indtræffer den 3. januar hvert år, hvor afstanden er tættest på solen. Under aphelium er den nordlige halvkugle vendt mod solen og modtager derfor ca. 7 % mindre energi end ved perihelium (sydlig halvkugle).
Atmosfærens gennemsigtighed
Atmosfæren er ikke gennemsigtig for al stråling fra solen på grund af dens forskellige sammensætning og lag. Den er også en af de faktorer, der styrer, hvordan solindstrålingen når frem til jordens overflade. Atmosfæren består af gasser, vanddamp og partikler.Atmosfæren er en blanding af gasser som f.eks. nitrogen (N), oxygen (O2), argon, kuldioxid, neon (Ne), helium (He), methan (CH4), krypton (Kr), ozon (O3), lattergas (N2O), brint (H) og xenon (Xe). Atmosfæren indeholder også vanddamp, vand i gasform, som er vand i gasform.
Jo længere dagslyset er, jo mere solindstråling modtager man pr. dag.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er solindstråling?
A: Indstråling er den solstråling, der når jordens overflade.
Q: Hvordan måler man solindstrålingen?
A: Solindstråling måles som den mængde solenergi, der modtages pr. kvadratcentimeter pr. minut.
Q: Hvad er solenergi?
A: Solenergi er den varme, der stammer fra solens stråling.
Q: Hvad påvirker mængden af solindstråling, der modtages på jorden?
A: Årstid, breddegrad, gennemsigtighed i atmosfæren og hældning påvirker mængden af solindstråling, der modtages på jorden.
Q: Hvordan påvirker solindstrålingen temperaturen?
A: Jo mere solindstråling, jo højere temperatur.
Q: Hvornår modtages den kraftigste solindstråling på en dag?
A: Den stærkeste solindstråling modtages ved middagstid.
Q: Kan solenergi kaldes indstråling, når den modtages af jorden?
A: Ja, solenergi, der modtages af jorden, kaldes indstråling.
Søge