Die Menge der auf der Erdoberfläche empfangenen Sonneneinstrahlung ist nicht überall gleich. Sie variiert je nach Ort und Zeit. Wenn die tropischen Regionen die maximale jährliche Sonneneinstrahlung erhalten, nimmt sie zu den Polen hin allmählich ab. Die Sonneneinstrahlung ist im Sommer höher und im Winter geringer. Die wichtigsten Faktoren, die die Menge der erhaltenen Sonneneinstrahlung beeinflussen, sind: --
- Solarkonstante
- Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen
- Dauer des Tages
- Entfernung der Erde von der Sonne
- Transparenz der Atmosphäre
Sonnenkonstante
Die an der Spitze der Erdatmosphäre empfangene Sonneneinstrahlung wird als Sonnenkonstante ausgedrückt. Sie wird an der Spitze der atmosphärischen Oberfläche (Thermopause) auf einer zum Sonnenstrahl senkrechten Ebene empfangen. Die durchschnittliche Sonneneinstrahlung, die in der Thermopause empfangen wird, d.h. 1368 Wm2 (Watt pro Quadratmeter) Energie (Sonnenkonstante) in Form von Kurzwelle. Sie wird daher als Sonnenkonstante für diesen mittleren Abstand von der Sonne bezeichnet. Diese Sonnenkonstante variiert über 1 Wm2 durch periodische Störungen und Explosionen in der Sonnenoberfläche, die im Wesentlichen mit dem Sonnenfleck zusammenhängen. Sonnenflecken sind dunkle und kühlere Bereiche, die auf der Sonnenoberfläche sichtbar sind.Die jüngsten Forschungen haben gezeigt, dass immer mehr Energie freigesetzt wird, wenn die Sonnenflecken in großer Zahl vorhanden sind.Die Anzahl der Sonnenflecken nimmt ebenfalls regelmäßig zu oder ab, so dass ein Zyklus von 11 Jahren entsteht.
Der Einfallswinkel
Da die Erde ein Geoid ist, das einer Kugel ähnelt, treffen die Sonnenstrahlen an verschiedenen Orten in unterschiedlichen Winkeln auf die Oberfläche. Dies hängt vom Breitengrad des Ortes ab. Je höher der Breitengrad, desto kleiner ist der Winkel, den sie mit der Erdoberfläche bilden. Die Fläche, die von den vertikalen Strahlen abgedeckt wird, ist immer kleiner als die der schräg einfallenden Strahlen. Wenn mehr Fläche abgedeckt wird, verteilt sich die Energie und die pro Flächeneinheit erhaltene Nettoenergie nimmt ab. Außerdem durchqueren die Sonnenstrahlen mit kleinem Winkel mehr von der Atmosphäre als Strahlen, die unter einem großen Winkel auftreffen.
Dauer des Tages
Die Länge des Tages bestimmt die Dauer des Sonnenlichts, das die Menge der von der Erdoberfläche empfangenen Sonnenstrahlung beeinflusst. Je länger die Sonnenscheindauer ist, desto größer ist die Menge der Sonnenstrahlung, die von einem Teil der Erde empfangen wird. Am Äquator beispielsweise beträgt die Länge der Tage und Nächte in allen Monaten 12 Stunden, aber die Sonnenscheindauer in den Tropen der Arktis und Antarktis variiert zwischen 0 und 24. An den Herbst- und Frühlingsquinoktien (23. September bzw. 21. März) steht die Sonne mittags am Äquator über der Erde, die Nacht und der Tag sind an diesen Tagen überall auf der Erde gleich lang und die maximale Sonneneinstrahlung wird am Äquator empfangen, während die Sonneneinstrahlung zu den Polen hin abnimmt. Daher nimmt die empfangene Energie polwärts immer weiter ab.
Entfernung der Erde von der Sonne
Die Erde dreht sich in einer elliptischen Umlaufbahn um die Sonne, wodurch sich der Abstand zwischen Sonne und Erde jährlich kontinuierlich ändert. Der mittlere Abstand zwischen der Erde und der Sonne beträgt etwa 149.600.000 Kilometer (92.900.000 Meilen). Wenn die Erde am 4. Juli am weitesten (152 Millionen km) von der Sonne entfernt ist, wird die Position der Erde am 4. Juli als "Aphel" bezeichnet, während die Perihel-Position (147 Millionen km) am 3. Januar eines jeden Jahres am nächsten liegt. Während des Aphelions ist die Nordhalbkugel der Sonne zugewandt und erhält daher etwa 7 Prozent weniger Energie als das Perihel (Südhalbkugel).
Transparenz der Atmosphäre
Die Atmosphäre ist aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung und Schichten nicht für die gesamte von der Sonne kommende Strahlung transparent. Sie ist auch einer der Kontrollfaktoren der Sonneneinstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht. Die Atmosphäre besteht aus Gasen, Wasserdampf und Partikeln und ist ein Gemisch von Gasen, wie Stickstoff (N), Sauerstoff (O2), Argon, Kohlendioxid, Neon (Ne), Helium (He), Methan (CH4), Krypton (Kr), Ozon (O3), Distickstoffoxid (N2O), Wasserstoff (H) und Xenon (Xe). Die Atmosphäre enthält auch Wasserdampf, Wasser in gasförmigem Zustand.
Je länger die Dauer des Tageslichts, desto mehr Sonneneinstrahlung pro Tag.
