L’Irraggiamento terrestre dipende dall’energia emessa dal Sole, dalla distanza dal Sole e dalle dimensioni del pianeta che riceve l’energia solare.
L’insieme di questi fattori definiscono la costante solare.
Costante solare
La costante solare è la la potenza dell’irraggiamento per metro di superficie terrestre.
La potenza ceduta dal Sole, si riduce in modo inversamente proporzionale al quadrato della distanza rispetto alla Terra.
La distanza media Sole-Terra che è di 1,49 x 10^11°metri: 150 milioni di Km.
Il Sole irradia 24 h su 24 h una superficie che è pari alla superficie di taglio della Terra.
La Terra riceve ogni momento 1,7 ×10^17 Watt.
La superficie di taglio della Terra è il quadrato del raggio per 1π = 3,14 x 6371 x 6371 = 1,27 x 10^8° kmq = 1,27 x 10^14 m².
Potenza 1,7 ×10^17 / Superficie 1,27 x 10^14 = 1366,9 W/m².
La costante solare della Terra misura 1366,9 W/m².
La costante solare varia del 6,5% durante l’anno: + 3,3% nel perielio e – 3,3% nell’afelio.
A Gennaio la Terra raggiunge il perielio, cioè il punto più prossimo al Sole, in cui riceve 1409 W/m².
A Luglio la Terra raggiunge l’afelio, cioè il punto più lontano dal Sole, in cui riceve 1321,8 W/m².
Il calcolo della potenza deve tenere conto anche dall’inclinazione della Terra rispetto al Sole che dipende dalla longitudine e varia col passare delle stagioni dell’anno.
Inclinazione del raggio solare
Quando il raggio del Sole è perpendicolare alla superficie, 90°, il raggio attraversa solo una atmosfera, ma se forma un angolo di 41,8° attraversa 1,5 atm., se é ancora più inclinato, 30°, attraversa 2 atm.
Ma la quantità di raggio non è costante, dipende dai cambiamenti meteo.
Effetti atmosferici sull’irraggiamento
L’atmosfera terrestre filtra i raggi, riducendo del 25% l’energia che giunge a noi.
Quando le radiazioni solari raggiungono l’atmosfera, una parte viene riflessa, una parte viene assorbita dalle molecole dell’atmosfera e una parte raggiunge la superficie terrestre: si chiama radiazione diretta.
Calcolo l’energia solare che raggiunge realmente la superficie terrestre
Abbiamo visto che teoricamente giungono a noi tra i 1409 W/m² (inverno) e i 1321,8 W/m² (estate), se togliamo un 25%, scendiamo a 1000 ÷ 1050 W/m².
L’irradianza sulla superficie della Terra in una giornata di Sole splendido scende a 1000 ÷ 1050 W/m².
Ma se il cielo è completamente coperto da nuvole, l’irradianza scende a 50 W/m².
L’irradianza è massima quando il Sole è allo zenit, cioè alle ore 12. Il raggio di Sole a mezzogiorno, il giorno dell’equinozio (21 marzo o 21 settembre), sull’equatore forma un angolo di 90° con la superficie terrestre .
Si ricevono 1000 W/m² solo quando il Sole è allo zenit, diversamente se ne riceverà meno.
Ma la Terra non è un piatto, ma una sfera.
L’energia che la Terra riceve come fosse su un piatto, va in realtà distribuita su tutta la superficie di una sfera, che è quattro volte maggiore.
Superficie cerchio = 1 pigreco x raggio al quadrato.
Superficie sfera = 4 pigreco x raggio al quadrato.)
Mediamente la potenza solare nelle 24 ore sulla Terra è 1000/4 = 250 W/m²
con differenze enormi tra zone tropicali, temperate e polari, perché cambia l’inclinazione.
La radiazione
L’irraggiamento è la potenza irradiata su una superficie: W/mq.
La radiazione è l’irraggiamento nel tempo: kWh/mq.
Calcolo l’energia solare che raggiunge l’Italia
La latitudine è il fattore più importante per determinare l’irraggiamento di un paese.
All’equatore la latitudine è zero, a Roma 42° e a Pavia siamo a 45° cioè a metà strada tra equatore e polo Nord, infine al polo Nord la latitudine è 90°.
Quindi a Roma il Sole si troverà il giorno dell’equinozio a mezzogiorno a 90° – 42°, cioè a 48°.
Il giorno del solstizio d’estate il Sole si trova a + 23,5°, e il giorno del solstizio d’inverno si trova a – 23,5°.
Quindi a Roma il Sole si troverà il giorno del solstizio d’estate a mezzogiorno 48° + 23,5°= a 72,5° gradi, mentre nel solstizio d’inverno a 48°- 23,5°= a 24,5°.
Quindi Roma il giorno del solstizio d’estate a mezzogiorno riceve l’80,5% (72,5/90), mentre d’inverno riceve il 27,2% (24,5/90) della massima energia ricevibile dalla Terra (1000 W/m²), più mi allontano dal mezzogiorno e meno ne ricevo.
Tenendo conto anche delle bizzarrie del tempo e della nostra latitudine, l’irradianza media nei 365 gg nelle 24 ore in Sicilia è di 200 W/m²,
a Roma è di 180 W/m² e
a Milano è di 160 W/m².
In questo sito puoi avere la posizione del Sole in ogni località della Terra, es a Milano alle ore 15,13 (ora legale) del giorno 31 marzo 2022, e l’altezza del Sole: massima altezza ore 12,30 solare.
