يقصد بالإشعاع الشمسي

يقصد بالإشعاع الشمسي

هو طاقة مشعة تنبعث من الشمس من تفاعل اندماج نووي ينتج عنه طاقة كهرومغناطيسية.

يطلق على الإشعاع الشمسي المورد الشمسي أو ضوء الشمس، و

يقصد بالإشعاع الشمسي هو طاقة مشعة تنبعث من الشمس من تفاعل اندماج نووي ينتج عنه طاقة كهرومغناطيسية

يمكن التقاطه وتحويله إلى أشكال مفيدة من الطاقة، مثل الحرارة والضوء والكهرباء بإستخدام تقنيات حديثة، يوجد حوالي نصف الإشعاع في الجزء الموجة القصيرة المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي والنصف الآخر في الغالب يكون في الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء، وبعضها في الجزء فوق البنفسجي من الطيف.[1][2]

أهمية الإشعاع الشمسي

تُستخدم الطاقة الشمسية أيضًا لدفع العمليات الحرارية والكيميائية الحرارية، حيث تتراوح من عمليات درجات الحرارة المنخفضة عند حوالي 50-200 درجة مئوية مثل (التبريد، التجفيف، إزالة السموم، التحلية، إزالة التلوث، التطهير، معالجة الأغذية) إلى عمليات درجة الحرارة المتوسطة عند حوالي 200-600 درجة مئوية مثل (التقطير بالطاقة الشمسية، المعالجة الحرارية، الانحلال الحراري البطيء)، إلى عمليات درجات الحرارة العالية تقريبًا 600-2000 درجة مئوية مثل (الإصلاح الشمسي، الإنحلال الحراري السريع، ورأت الأكسدة والإختزال، إنتاج الأمونيا).
تتميز الأنظمة الحرارية الشمسية من خلال الإستفادة من الطيف الشمسي الكامل من خلال التوافق مع مجموعة واسعة من التطبيقات التقنية بما في ذلك تتطلب مدخلات الطاقة الحرارية أن مستمرة وقابلة للتوزيع.
مع زيادة الإشعاع الشمسي تستجيب نباتات الظل لمستويات منخفضة من PAR بينما تحصد نباتات الشمس PAR بشكل أكثر كفاءة عند مستويات الإضاءة العالية.
يعتبر الأمر الأكثر أهمية الخاص بشأن تغير المناخ هو توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية يمثل بديلاً نظيفًا للكهرباء من الوقود الأحفوري.
تمتلك تقنيات الطاقة الشمسية القدرة على القضاء على اعتماد الاقتصاد العالمي على الوقود الأحفوري.
بفضل الإشعاع الشمسي تستمر الحياة على الأرض فبدونه تصبح الكرة الأرضية مجرد كرة صخرية.
يعد استخدام الطاقة الشمسية هو حماية طبيعية لصحتنا العامة من مخاطر تلوث الماء والهواء.
يمكن استخدام ضوء الشمس أو الطاقة الشمسية مباشرة لتدفئة وإنارة المنازل والشركات.
عند وضع نظام لتسخير المورد الشمسي وتحويله إلى طاقة مفيدة يصبح الوقود مجانيًا.
بدون الإشعاع الشمسي سيكون سطح الأرض أكثر برودة بحوالي 32 درجة مئوية.
ومن أهمية الإشعاع الشمسي أنه يحمينا من مخاطر ارتفاع أسعار الكهرباء.
يعمل على توليد الطاقة عادةً في نطاق درجة حرارة 500-700 درجة مئوية.
الإشعاع الشمسي مصدر حياة لجميع الكائنات الحية على سطح الأرض.
يمكنك دائمًا الاعتماد على الشمس لتزويدك بالحيوية والطاقة النظيفة.
تستخدم الطاقة الشمسية أيضاً في عمليات التبريد وتسخين المياه.
يعمل على توفير مصدر الطاقة لعملية التمثيل الضوئي.
يعتبر مصدر حيوي للطاقة والضوء.
أعظم ما يميزه أنه متجدد ونظيف. [3] [4]

مكونات الإشعاع الشمسي

الإشعاع المباشر.
الإشعاع المنتشر.
الإشعاع العالمي.

الإشعاع المباشر:

هو أساس القياس وهو من يتبع الشمس وهو الذي يوجه مقياس حرارة في مركز الشمس، يتمتع بزاوية رؤية افتتاحية كاملة تبلغ 5 درجات ويقيس الإصابة العادية للإشعاع المباشر من الشمس، يمكن لمقياس الحرارة رؤية نصف الكرة السماوية لكن الإشعاع المباشر من الشمس يتم حظره بواسطة كرة تظليل.

الإشعاع المنتشر:

من خلاله يتم امتصاص بعض الإشعاع المباشر من الشمس في الغلاف الجوي وبعضها ينتشر بواسطة السحب والضباب والجزيئات في جميع الاتجاهات، هذا المكون المبعثر هو الإشعاع الشمسي المنتشر الذي يأتي من السماء.

الإشعاع العالمي:

من خلاله يمكن لمقياس الحرارة رؤية كل من الإشعاع المباشر والمنتشر وقياس الإشعاع العالمي الأفقي.[5]

حساب الإشعاع الشمسي

مقياس بيرانومتر لقياس الإشعاع الكلي
‏ترمومتر النهاية العظمى للإشعاع الشمسى.
جهاز الأكتينوميتر ‏Actinometer.
‏جهاز كامبل ستوكس ‏Compbell stokes.

تحسب أدوات تحليل الإشعاع الشمسي التشمس عبر المناظر الطبيعية أو لمواقع محددة، بناءً على طرق من خوارزمية في مجال الرؤية نصف الكروية، يتم إعطاء المقدار الإجمالي للإشعاع المحسوب لموقع أو منطقة معينة كإشعاع عالمي، يتم تكرار حساب التشمس المباشر والمنتشر والشامل لكل موقع مُعلم أو كل موقع على السطح الطبوغرافي، مما ينتج خرائط تشمس لمنطقة جغرافية بأكملها. [6]

وهناك العديد من مصادر الإشعاع التي تدخل في حساب الإشعاع الشمسي حيث إن الصيغة البسيطة للإشعاع الشمسي ليست فعالة لأننا سنحتاج إلى أخذ المصادر التالية في الاعتبار للحصول على حساب دقيق للإشعاع، أولاً إشعاع “الحزمة” المباشر، هو الذي قد تربطه حَدْسِيًّا بالإشعاع، يتضمن ذلك تحديداً إذا كان هناك أي كائنات تمنع أشعة الشمس من الوصول إلى اللوحة الشمسية (الظل)، من أجل تحديد إذا كان يجب تضمين هذا المكون في الإشعاع الكلي، بالإضافة إلى ذلك هناك نوعان من الإشعاع “المنتشر” أو غير المباشر الذي يجب حسابه مع إشعاع السماء المنتشر وهو الضوء المنعكس من الغلاف الجوي المنفصل عن أشعة الشمس المباشرة، والضوء المنعكس على الأرض عارة عن تشعيع منتشر حيث ينعكس الضوء من الأرض، ثانياً لحساب هذه الأنواع الثلاثة العريضة للإشعاع، من الضروري أيضًا مراعاة زاوية المصفوفة واتجاه الشمس، ومن أجهزة قياس الإشعاع الشمسى:

مقياس بيرانومتر لقياس الإشعاع الكلي:

مقياس درجة الحرارة لقياس إشعاع الحزمة المباشر عند الوقوع الطبيعي، يستخدم مقياس بيرانومتر لقياس الإشعاع الكلي نصف كروي وأيضاً مسجل أشعة الشمس الكهروضوئي.

‏ترمومتر النهاية العظمى للإشعاع الشمسى:

‏ ويستخدم هذا الترمومتر لقياس النهاية العظمى للحرارة المستمدة من أشعة الشمس في اليوم.

جهاز الأكتينوميتر ‏Actinometer

: يقوم هذا الجهاز بقياس تأثير الأشعة الشمسية على الأجسام المعتمة والأجسام اللامعة.

‏جهاز كامبل ستوكس ‏Compbell stokes:

ويسمى الجهاز بمسجل مدة سطوع الشمس لقياس الفترة الزمنية التى تسطع فيها الشمس.[7][8]

ما الذي يؤثر في الإشعاع الشمسي

شفافية الغلاف الجوي.
دوران الأرض حول محورها.
طول مدة النهار.
زاوية سقوط أشعة الشمس.
خطوط العرض وأحوال الطقس.
إنعكاس أشعة الشمس.
ثورة الأرض تجاه الشمس.
تغيير الإشعاع الطيفي.
التغيرات في التيارات المحيطية و الإشعاع الكوني.
البيدو.

إن

العوامل المؤثرة في الإشعاع الشمسي

كثيرة‏ ولكن تتمثل أهم هذه العوامل فيما يأتي:

شفافية الغلاف الجوي:

يؤدي إنتشار الجسيمات العالقة في طبقة التروبوسفير في الطيف المرئي نحو سطح الأرض إلى حدوث لون في السماء، ونتيجة ذلك يحدث تشتت الضوء داخل الغلاف الجوي ثم تتكون ألوان السماء حيث يحدث اللون الأحمر للشمس عند الشروق والغروب، وعند مرور الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي يمتص بخار الماء والأوزون والغازات الأخرى الكثير من الأشعة تحت الحمراء القريبة.

دوران الأرض حول محورها:

حيث أن دوران الأرض على المحور المائل له تأثير كبير على كمية التشوه المتلقاة عند خطوط العرض المختلفة، حيث أنها تدور حول محورها بزاوية قياس 66.5 مع مستوى مدارها حول الشمس.

طول مدة النهار:

تختلف بإختلاف المواسم والأماكن حيث أن كلما طالت مدة اليوم زاد مقدار الشمس والعكس صحيح يؤدي قُصر مدة اليوم إلى تلقي أقل تشمس.

زاوية سقوط أشعة الشمس:

كلما زاد خط العرض قلت الزاوية التي يصنعها مع سطح الأرض، وكلما كان مسار أشعة الشمس زادت كمية إنعكاس وإمتصاص الغلاف الجوي للحرارة، يتسبب في ذلك تشميس أقل، بالإضافة إلى أن أشعة الشمس تعبر الغلاف الجوي بزاوية صغيرة أكثر من الأشعة التي تضرب بزاوية كبيرة.

البيدو:

هو إنعكاسات الأشعة الشمسية من الأرض والرجوع إلى الفضاء.

[8][9]