Słońce jest kulą zjonizowanego gazu składającego się głównie z gazów lekkich wodoru (74%) i helu (24 %), która emituje w przestrzeń kosmiczną olbrzymie ilości energii (natężenie promieniowania słonecznego wynosi 3,827×1026 W i jest emitowana radialnie).
Do powierzchni ziemi dociera znaczna część energii promieniowania słonecznego, przy czym wielkość ta uzależniona jest od wielu czynników, z których najważniejsze to:
– pora roku (wysokość słońca nad horyzontem i tym samym kąt padania promieni słonecznych na powierzchnię modułu fotowoltaicznego),
– długość drogi promieniowania słonecznego jaką musi przejść przez atmosferę ziemską ,
– zachmurzenie (w tym również wilgotność).
Gdyby nie było chmur i powietrza w atmosferze ziemskiej, wtedy do każdego miejsca na ziemi – zlokalizowanego pod określonym kątem do promieni słonecznych – docierała by taka sama wartość energii. Po drodze do Ziemi promieniowanie słoneczne ulega jednak znacznemu osłabieniu w związku z występowaniem gazów oraz cząstek stałych w atmosferze ziemskiej oraz z uwagi na zjawisko odbicia, pochłaniania oraz rozproszenia promieniowania słonecznego.
Energia promieniowania słonecznego docierająca do ziemi może być przetworzona na inne rodzaje energii (najczęściej cieplna i elektryczna). Skuteczność przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energie elektryczną wynosi:
– moduły fotowoltaiczne (14- 20 % – dla krzemu Si),
– kolektory grzewcze (min. 45-50 % i zależy m.in. od rodzaju kolektora, warunków zewnętrznych oraz od rodzaju zastosowanego czynnika).
W przypadku modułów fotowoltaicznych, w zależności od rodzaju zastosowanego materiału półprzewodnikowego, energia promieniowania słonecznego będzie przetwarzana na energię elektryczną w różnym zakresie widmowym. Dla krzemu (Si) wartością graniczną jest fala elektromagnetyczna o długości 1100 nm (energią 1,1eV), która odpowiada za uwolnienie elektronu z ostatniej powłoki krzemu. Oczywiście fala elektromagnetyczna o długościach krótszych również pracuje przy krzemie jako, że niesie ze sobą wyższą energię promieniowania od energii uwolnienia elektronu z ostatniej powłoki atomu Krzemu (Si) – promieniowanie słoneczne pracuje w szerokim zakresie długości fali od 200 – 1100 nm i obejmuje ultrafiolet, promieniowanie widzialne oraz część zakresu podczerwieni.
Jednym z ważniejszych czynników wpływających na osłabienie natężenia promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi jest atmosfera ziemska na którą składają się gazy, pyły oraz para wodna.
Największa energia promieniowania słonecznego dociera prostopadle do powierzchni ziemi, czyli w rejonie równika, gdzie występuje najkrótsza droga promieniowania słonecznego przebiegająca przez atmosferę ziemską.
Kąt nachylenia promieniowania słonecznego do powierzchni ziemi zmienia się również wraz z porą roku – zimą dla dowolnej lokalizacji zlokalizowanej na terenie Polski słońce znajduje się dużo niżej na horyzoncie i tym samym max. natężenie promieniowania słonecznego jakie dociera do Ziemi wynosi max. 500 W/m2, natomiast w okresie letnim promieniowanie słoneczne może nieść ze sobą energię wyższą niż 1000 W/m2 (słońce wtedy jest najwyżej i najdłużej na horyzoncie).
Słońce jest niewyczerpalnym źródłem energii, która dociera do ziemi i którą warto zagospodarować również na potrzeby pojedynczych gospodarstw domowych. Jest to energia która na początku wymaga dokonania inwestycji i później korzystamy z niej przez okres kilkudziesięciu lat (ponosząc tylko niewielkie koszty związane z utrzymaniem instalacji – zarówno fotowoltaicznej jak i grzewczej).
