Solární konstanta

Solární konstanta

Solární konstanta udává, kolik slunečního záření dopadá na plochu kolmou ke slunečním paprskům ve střední vzdálenosti Země od Slunce. V moderních zdrojích se stejná veličina často označuje jako celkové sluneční ozáření, anglicky Total Solar Irradiance (TSI).

Solární konstanta je celkový zářivý tok Slunce dopadající mimo zemskou atmosféru kolmo na plochu 1 m² ve vzdálenosti 1 astronomické jednotky. Její dnes používaná střední hodnota je přibližně 1361 W·m⁻². Starší prameny často uvádějí hodnoty kolem 1367 až 1373 W·m⁻²; rozdíl souvisí hlavně s kalibrací starších měření a s tím, jak byl pojem v jednotlivých oborech zaokrouhlován.

Nejde o skutečně neměnnou konstantu v metrologickém smyslu. Hodnota se mírně mění se sluneční aktivitou a okamžité ozáření Země se během roku výrazněji mění také proto, že Země obíhá po eliptické dráze. Solární konstanta je proto užitečná především jako referenční hodnota pro vzdálenost 1 au.

Hodnota a jednotka

Jednotkou solární konstanty je watt na metr čtvereční, tedy W·m⁻². Jednotka říká, jaký výkon záření prochází jednotkovou plochou. Pro srovnání: na kruhový průřez Země dopadá při hodnotě 1361 W·m⁻² přibližně 1,74·10¹⁷ W slunečního výkonu.

Moderní střední hodnota

přibližně 1361 W·m⁻² pro vzdálenost 1 au

Starší často citované hodnoty

přibližně 1366 až 1373 W·m⁻²

Roční změna skutečného ozáření u Země

souvisí hlavně se změnou vzdálenosti Země od Slunce mezi přísluním a odsluním

Změny způsobené sluneční aktivitou

během jedenáctiletého slunečního cyklu jsou typicky řádu desetin procenta

Proč se uvádějí různé hodnoty

Ve starších knihách a tabulkách najdete pro solární konstantu různé hodnoty. Některé zdroje používaly starší absolutní kalibraci družicových měření, jiné hodnotu zaokrouhlovaly pro technické výpočty nebo přebíraly údaje ze starších astronomických tabulek. Proto má smysl na stránce historické hodnoty ponechat, ale označit je jako starší nebo zdrojově odlišné.

• 1364,7–1366 W·m⁻² [zdroj: Sluneční konstanta – Vesmír]
• 1367,7 W·m⁻² [zdroj: Solar constant – EUMETCAL]
• 1368 W·m⁻² (rok 1980) [zdroj: Handbook of Space Astronomy and Astrophysics – Martin V. Zombeck]
• 1370 W·m⁻² [zdroj: Astronomické a fyzikální konstanty, zákony a kalkulátor – Masarykova univerzita]
• 1373 W·m⁻² [zdroj: Solární konstanta – ČEZ]
• 1390 W·m⁻² [zdroj: Rostlina a záření – ZČU Plzeň]

Solární konstanta, TSI, insolace a ozáření na povrchu

Výrazy se v praxi snadno zaměňují. Solární konstanta a TSI popisují celkové sluneční záření mimo atmosféru pro plochu kolmou k paprskům. Insolace se často používá pro množství sluneční energie dopadající na určité místo za určitý čas. Ozáření na zemském povrchu je menší než solární konstanta, protože záření prochází atmosférou, rozptyluje se, pohlcuje a závisí na výšce Slunce nad obzorem, oblačnosti, aerosolech a nadmořské výšce.

Proto nelze hodnotu 1361 W·m⁻² jednoduše zaměnit za výkon dostupný z fotovoltaického panelu na zemi. Panel je nakloněný, část záření se ztrácí v atmosféře a účinnost přeměny na elektřinu je výrazně menší než 100 %.

Proměnnost solární konstanty

Solární konstanta kolísá ve více časových měřítkách. Krátkodobé změny souvisí se slunečními skvrnami, fakulovými poli a dalšími projevy sluneční aktivity. V rámci přibližně jedenáctiletého cyklu jde typicky o změny kolem 0,1 %. Větší sezónní rozdíl skutečného ozáření u Země ale nevzniká změnou výkonu Slunce, nýbrž změnou vzdálenosti Země od Slunce.

Pro klimatologii je důležité rozlišit krátkodobé kolísání TSI od dlouhodobých trendů. Pro běžné technické a výukové výpočty postačí zaokrouhlená hodnota 1361 W·m⁻², případně 1,361 kW·m⁻².

Jak hodnotu použít v praxi

Pokud chceme odhadnout celkový sluneční výkon zachycený Zemí, nepoužíváme celý povrch Země, ale její kruhový průřez:

P = S · π · R²

Při hodnotě S = 1361 W·m⁻² a středním poloměru Země přibližně 6,371·10⁶ m vyjde P ≈ 1,74·10¹⁷ W. Jde o výkon zachycený průřezem Země před zohledněním odrazu, atmosféry a rozložení energie po kulovém povrchu.

Časté otázky

Je solární konstanta skutečně konstantní?

Ne zcela. Je to referenční veličina vztažená ke vzdálenosti 1 au. Skutečné měřené TSI se mírně mění se sluneční aktivitou.

Proč starší tabulky uvádějí 1367 nebo 1373 W·m⁻²?

Jde o starší měření, starší kalibrace přístrojů nebo zaokrouhlené hodnoty. Pro moderní výklad je vhodnější hodnota přibližně 1361 W·m⁻².

Dopadá na zemský povrch 1361 W·m⁻²?

Ne běžně. Tato hodnota platí mimo atmosféru pro plochu kolmou ke slunečním paprskům. Na povrchu závisí ozáření na atmosféře, úhlu dopadu, počasí a místních podmínkách.

Související

• Astronomická jednotka – vzdálenost používaná v definici solární konstanty
• Výkon – watt a převody výkonu
• Energie a práce – joule, kalorie a další jednotky energie
• Langley – historická jednotka slunečního záření
• NASA: Total Solar Irradiance – aktuální výklad měření TSI
• NOAA Climate.gov: Total Solar Irradiance – graf a vysvětlení proměnnosti slunečního záření