« 1 2 » Dit artikel is verdeeld over meerdere pagina's

Achtergrond zonne-energie (basisprincipes)

De zon als stralingsbron

Iedere stralingsbron straalt in verschillende golflengtes uit. De golflengte hangt af van de temperatuur: De stralingsintensiteit neemt toe als de temperatuur stijgt. Tot een temperatuur van 400 °C straalt een lichaam in lange golven, onzichtbare infraroodstralen uit. Boven deze temperatuur wordt straling zichtbaar. Roodgloeiend metaal van 850 °C straalt reeds zichtbaar licht uit. Halogeenlampen zenden vanaf ca. 1700 °C bijna geheel wit licht en slechts een zeer gering deel van onzichtbaar korte golf ultraviolet straling uit. Het totale spectrum van de verschillende golflengtes van een stralingsbron noemt men de spectrale verdeling.

Het stralingsvermogen van de zon

Vanwege de hoge temperatuur is de zon een bijzonder sterke stralingsbron. Het zichtbare stralingsbereik van de zon representeert slechts een klein deel van het totale stralingsspectrum van de zon, maar dit deel heeft wel de hoogste stralingsintensiteit. Binnen in de zon vindt kernfusie plaats. Kernfusie is het samensmelten van de kernen van verschillende atomen, waarbij een andere, zwaardere kern wordt gevormd. Wanneer atomen van lichte elementen zoals waterstof samensmelten, wordt hierbij iets van de massa omgezet in energie. In de zon versmelten waterstofatomen tot heliumatomen. Uit het daarbij ontstane massadefect (de massa van een heliumkern is kleiner dan de som van de afzonderlijke componenten) van meer dan 4 miljoen ton per seconde komt energie vrij dat het binnenste van de zon verwarmt tot ca. 15 miljoen graden Celsius. Op de oppervlakte van de zon (fotosfeer) bedraagt de temperatuur nog ca. 5500 °C. Vanuit hier wordt de energie in de vorm van straling afgegeven. De intensiteit van deze straling komt overeen met een vermogen van 63 MW/m². Gedurende een enkele dag wordt 1.512.000 kWh/m² uitgestraald. Dat is vergelijkbaar met de energie inhoud van ca.148.000 m³ Gronings aardgas.

De zonneconstante

De zon wordt bijna 5 miljard jaar oud geschat, en zal naar verwachting nog zeker 5 miljard jaar meegaan. De diameter van de zon is ca. 1,4 miljoen kilometers (ter vergelijking: de diameter van de aarde bedraagt 13.000 km). Vanwege de grote afstand tussen de zon en de aarde (ca. 150 miljoen kilometers) is de straling die op aarde aankomt niet meer zo sterk, zodat leven op onze planeet mogelijk is. Deze afstand reduceert de gemiddelde straling tot de verste rand van de atmosfeer op aarde tot 1367 W/m². Dit is een vaste waarde en wordt de zonneconstante of ook wel solarconstante genoemd. De zonneconstante is vastgesteld door de WMO (World Meteorological Organization), een organisatie van de Verenigde Naties (UN). De zonneconstante is in werkelijkheid niet echt constant. De straling fluctueert ca. 3,5%. Door de elliptische baan van de aarde om de zon is de afstand tussen zon en aarde niet constant, maar varieert tussen de 147 en 152 miljoen km. Ook de zonneactiviteit zelf varieert, wat de zonneconstante beïnvloedt.

De invloed van de breedtegraad en het jaargetijde

Doordat de rotatie-as van de aarde niet loodrecht op de aardbaan om de zon staat, maar daar 23,5° van afwijkt, verandert de hoek waaronder de zon de aarde bestraalt. Van maart tot september is de noordelijke helft van de aardbol (noordelijk halfrond) sterker op de zon gericht. Van september tot maart het zuidelijk deel. Hierdoor ontstaan de verschillende lengtes van de dagen. De lengte van een dag op een bepaalde plaats op aarde is afhankelijk van de breedtegraad van die locatie. Dat wil zeggen hoe noordelijker men komt, des te langer zijn de dagen in de zomer en des te korter in de winter. Bijvoorbeeld in Stockholm heeft men op 21 juni 18 uur en 38 minuten daglicht. In Madrid maar 15 uur en 4 minuten. Tijdens het winter seizoen is dit omgekeerd: Madrid heeft dan op 21 december 9 uur en 18 minuten daglicht en Stockholm slechts 6 uur en 6 minuten. Ook binnen Nederland zijn er verschillende invalshoeken van de zonnestraling. De verschillen zijn echter heel klein omdat Nederland, qua oppervlakte, maar een klein landje is, waar de breedtegraad varieert van 50,9° (Maastricht) tot 53,1° (Groningen). De hoogste, respectievelijk laagste stand van de middagzon, gerelateerd aan de breedte graad (latitude) kan berekend worden met de volgende formules:

De hoogste stand op 21 juni: Hs = 90° – Breedtegraad + 23,5°

De laagste stand op 21 september: Hs = 90° – Breedtegraad - 23,5°

Amsterdam ligt op de noordelijke breedtegraad van 52,3°. Rekening houdend met de hoek van 23,5° betekent dit dat de hoogste stand van de zon op 21 juni 61,2° is (Hs= 90-52,3+23,5=61,2°) ‘s-Middags op 21 december is deze hoek nog maar 14,2°. Hoe verder we vanaf het noordelijk halfrond naar het zuiden gaan, des te hoger staat de zon aan de hemel. Conclusie: De instralingshoek van de zon stijgt naarmate de breedtegraad afneemt. De hoogste stand van de zon 90° t.o.v. de horizon (zon in zenit) komt alleen voor in de tropen (keerkring, 23,5°)

Verloop van de dag

Illustratie: zonsopgang en ondergang

Door de geografische coördinaten (latitude en longitude) onderstaand in te geven kan men kijken hoe de dag van vandaag verloopt. Veel GPS-systemen en google maps maken hier ook gebruik van. De laatste kan men ook gebruiken om de coördinaten van zijn eigen woonstek te vinden (klik met rechtermuisknop). Zo heeft het centrum van Rotterdam bijvoorbeeld de volgende coördinaten:
Latitude=51.92390839861506, en
Longitude=4.474800838943017.

Latitude:
Longitude:

Zonsopgang:
Zonsondergang:
Hoogste punt (middag):
Duur van de dag:
Logo: Sunrise Sunset

Tijd in UTC, er wordt geen rekening gehouden met zomertijd. Uit de database van sunrise-sunset.org.


« 1 2 » Dit artikel is verdeeld over meerdere pagina's

API-status: ok