Слънчев ъгъл (соларна височина): определение и влияние върху сезоните

Слънчев ъгъл (соларна височина): как влияе на сезони, климат, топлина и продължителност на деня — ясно обяснение за енергия, земеделие и ежедневие.

Слънчевият ъгъл представлява ъгъла, под който пристига слънчевата радиация към повърхността на Земята. В общи линии това е ъгълът на падане на слънчевата светлина върху Земята в определено време и място. На повечето места Слънцето изгрява сутрин, най-високо е по обяд и залязва вечер; височината му над хоризонта и посоката на пътя му през небето се променят през денонощието и през годината. През различните сезони Слънцето се намира по-далеч на север или на юг по небосвода, което променя ъгъла и следователно количеството получавана топлинна енергия. Заради това летните дни обикновено са по-топли от зимните нощи.

Причина за сезонните промени

Сезонната промяна на ъгъла на слънчевата светлина, причинена от наклона на земната ос (около 23.44° спрямо равнината на орбитата), е основният механизъм, който води както до промени в количеството достъпна слънчева енергия, така и до увеличаване или намаляване на продължителността на деня. Когато северното полукълбо е наклонено към Слънцето (летен сезон там), Слънцето се издига по-високо над хоризонта и денят е по-дълъг; обратното е през зимата.

Как се изчислява височината на Слънцето

Приблизителна стойност за височината на Слънцето при местен слънчев обяд може да се даде с формулата:

височина ≈ 90° − φ + δ

където φ е географската ширина на мястото (положителна за северна ширина), а δ е слънчевата деклинация — ъгъл, който варира между приблизително −23.44° и +23.44° през годината (положителна през северното лято). Примери: при екватора (φ ≈ 0°) на равноденствие (δ ≈ 0°) Слънцето е почти в зенита (височина ≈ 90°). На Северния полюс (φ = 90°) в най-дългия ден височината е ≈ 23.44°.

Интензитет и атмосферен ефект

Интензитетът на слънчевата радиация, която достига повърхността, зависи от косинусовия закон: количеството е приблизително пропорционално на cos(зенитния ъгъл), където зенитният ъгъл е допълнението на височината (зенит = 90° − височина). Когато Слънцето е ниско над хоризонта, лъчите преминават през по-дебел слой атмосфера, което намалява енергията чрез разсейване и поглъщане — това дава по-хладни сутрини/вечери и червеникави изгреви и залези.

Практически последици

• Ориентация и наклон на соларни панели: за максимален добив панелите се настройват така, че да са почти перпендикулярни на падащите лъчи — тоест да следват средната годишна височина на Слънцето.
• Архитектура и пасивно отопление: големи южни (в северните ширини) прозорци използват високия слънчев ъгъл през зимата и осигуряват повече топлина и светлина.
• Селско стопанство: времето на цъфтеж и вегетационните периоди зависят от комбинацията от продължителност на деня и слънчева енергия.

Кратко резюме

Слънчевият ъгъл определя колко енергия получава дадена повърхност — по-голяма височина означава по-интензивно отопляване и по-дълги дни. Наклонът на земната ос предизвиква сезонните промени в този ъгъл и така оформя годишните колебания в температурата и продължителността на светлата част на денонощието, които наблюдаваме като сезони и промени във времето (времето).

Търсене по буква