Este important ca pentru început să se enumere cele mai importante proprietăți ale energiei solare, precum și avantajele și limitele utilizării acestui tip de energie.

Cantitatea de energie solară scade

Din punct de vedere fizic soarele este un reactor nuclear. Datorită masei enorme, implicit, a atracției masei, atomii fuzionează, în special cei de hidrogen și heliu. Prin acest proces se eliberează cantități inimaginabile de energie, care iau forma radiațiilor electromagnetice. 0 parte din această energie ajunge pe Pământ după cca. 150 de milioane de kilometri, adică după 8,3 minute.

Atunci când se măsoară cantitatea de radiație solară care pătrunde1n atmosfera Pământului (pe partea însorită a Pământului, perpendicular pe direcția radiației solare), adică la înălțimea sateliților, rezultă e cantitate constantă de energie de aprox. 1,360 W/m² — așa-numita constantă solară.

Atunci când radiația traversează atmosfera Pământului se declanșează o serie de procese complexe. Anumite părți ale radiației se absorb, se împrăștie, se reflectă sau se emit.  Astfel, de-a lungul istoriei Pământului s-a format un echilibru termic la suprafața sa, echilibru care joacă un rol primordial pentru ca viața pe Pământ să poată exista.

Radiația solară este forța motrice pentru toate procesele pe bază de energie, cum ar fi:

• Circulația aerului pe baza diferențelor de temperatură și presiune a aerului (energie eoliană),
• Evaporarea și precipitațiile (energia hidraulică, de exemplu râurile),
• Mișcarea mărilor și a oceanelor (valurile și curenți marini),
• Încălzirea suprafeței Pământului și a atmosferei (utilizarea căldurii printr-o pompă termică),
• Creșterea plantelor (fotosinteză, biomasă).

Atunci când cerul este senin, cea mai mare parte a radiaților ajunge pe Pământ„ fără a se împrăștia. Această radiație directă se poate concentra cu ajutorul oglinzilor sau a lentilelor

Prin împrăștierea radiației directe din cauza norilor și a particu­lelor care se găsesc în atmosferă se produce o radiație difuză (cunoscută și sub numele de radiație a cerului) și ajunge pe Pământ din toate direcțiile, Radiația difuză nu se poate concentra.

Cantitatea totală de radiație directă și difuză poartă numele de radiație globală. În Germania, pe timp de vară, radiația difuză reprezintă aproximativ 50% din radiația globală (lunara),1h timp ce iarna cantitatea de energie difuză poate ajunge chiar și la 60%. Media anuala de energie difuza este de 60%

Cu cât atmosfera este mai întunecată, cu atât cantitatea de radiație solară creste, iar cantitatea de radiație globală scade. Astfel, intensitatea radiațiilor in jurul prânzului este de

• 40 — 200 Wați/m2 în zilele înnorate,
• 600 — 1.000 Wați/m2 în zilele senine.

Din cauza rotației Pământului și a mișcării de rotație a acestuia în jurul Soarelui, cantitatea de radiații care ajunge pe suprafața Pământului scade atât 1n timpul schimbului zi-noapte, cât și în timpul trecerii de la un anotimp la altul. Pe timp de iarnă, emisfera nordică a Pământului primește semnificativ mai puțină energie solară decât pe timp de vară, deoarece zilele sunt mai scurte și soarele se află mai jos pe cer. Scăderea cantității de radiație solară, alături de circulația globală a vântului, determină astfel o vreme deosebit de înnorată și rece.                                                          Cantitatea de radiație solară se află într-o scădere drastică și este cauza unei probleme semnificative de natură tehnică legată de utilizarea acestui tip de energie; pentru ca sistemele solare de energie să poată produce energie în continuare trebuie să se instaleze fie rezervoare corespunzătoare, fie sisteme suplimentare (de back-up).

Cantitatea de energie solară

Atunci când se planifică instalarea colectorilor solari trebuie să se ia în considerare și radiația solară exprimată în cifre, Stațiile meteorologice din întreaga lume măsoară cantitatea de radiație solară și anume:

• Cantitatea de radiație globală care cade pe o suprafață orizontală, măsurată în wați pe m² (radiația directă și cea difuză se măsoară separat)
• Cantitatea de energie solară energia eliberată) pe o suprafață orizontală sau mai bine spus cantitatea totală zilnică sau lunară de radiație globală care cade pe o suprafață orizontală, măsurată in wați-ore (Wh/m², respectiv kWh/m²).

Pentru a putea anticipa „capriciile” vremii există așa numiții ani de referință (TRY Test Referințe Year), Astfel, cu ajutorul datelor adunate de-a lungul timpului, se pot calcula valori meteorologice medii. Din cauza diferințelor meteorologice mari din ultimii ani, există între timp și TRY pentru condițiile meteorologice extreme (veri excesiv de calde și ierni reci). Datorită faptului că vremea nu este la fel peste tot, Germania a fost împărțită în 15 regiuni climatice. În afară de TRY mai există o bază de date la nivel global care aparține companiei elvețiene Meteotest, bază de date ce poartă numele de Metronorm. Informațiile sunt adunate de la 7.400 de stații meteorologice din întreaga lume, la care se adaugă informațiile provenite de la sateliți și conține algoritmi de calcul, valorile pe oră ca de exemplu radiația solară și temperatura înconjurătoare pentru orice regiune din lume. Programele de simulare pentru instalațiile solare funcționează pe baza Metronorm.

Orientarea după Soare

Orientarea colectorului după Soare îmbunătățește randamentul energiei solare. Cel mai înalt grad de valorificare se obține atunci când colectorul se montează în funcție de orbita Soarelui; în cazul colectorilor concentrați, acest lucru este indispensabil. in ceea ce privește sistemele fotovoltaice (producerea de curent electric pe baza energiei solare) urmează să iasă pe piață sisteme mai moderne, întrucât aceste sisteme au fost îmbunătățite din punct de vedere tehnic și au devenit mai convenabile ca preț în ultimii câțiva ani. Acest lucru este valabil însă numai pentru instalațiile de dimensiuni mai mari. Referitor la instalațiile de dimensiuni mai mici din domeniul privat și instalațiile Termo-solare, raportul cheltuieli — beneficii este atât de dezavantajos, încât sunt nerecomandabile.

La o înclinare de cca. 30° se obține pe perioada semestrului de vară cel mai mare câștig de energie, în timp ce pentru un grad de valorificare a energiei relativ regulat pentru perioadele de tranziție, adică din marte până în octombrie, se recomandă o înclinare de la 50′ până la 60°. Unghiurile de înclinare cuprinse între 30° și 60° sunt acceptabile pentru întreaga perioadă a anului.

Orientarea optimă pentru suprafețele de colectare este către sud, în timp ce mici abateri către est sau vest nu aduc schimbări radicale. Valorile fac referire atât la valorile medii anuale, cât și la cele din timpul semestrului de vară, respectiv iarnă. Dacă abaterea este de 40, atunci pierderile de energie solară ajung, conform valorilor medii anuale, la 10%

Concluzii

Atât în ceea ce privește gradul de inclinare, cât şi orientarea, există destul de multe posibilități, astfel încât utilizarea energiei solare să fie posibilă și fără pierderi demne de amintit.

Detalii despre un montaj practic al panourilor solare în zonele cu umbră, precum şi determinarea gradului optim de înclinare și orientare se găsesc la capitolul 5: dimensionarea.