Solinstrålning är ett mått på mängden solenergi som når en yta, eller irradians, på en given yta över tid. Ytan i fråga kan vara vad som helst som utsätts för solljus, från ett visst föremål eller plats på jorden till små rymdgående föremål som konstgjorda satelliter till en hel planets yta. Solinstrålningen för ett visst område på jorden beror på dess avstånd från ekvatorn, dess väderförhållanden och tid på dygnet och året. Det är väsentligt för den fortsatta existensen av liv på jorden, eftersom växter förlitar sig på energi från solen för att överleva, samt är en viktig faktor i konstruktionen och placeringen av utrustning för att generera el från solenergi.
Vanligtvis mätt i watt per kvadratmeter, den genomsnittliga solinstrålningen för ett område över längre tidsperioder anges ofta som kilowattimmar per kvadratmeter och dag. Watten är den metriska standardenheten för effekt, eller energi över tid; en watt effekt är lika med en joule energi per sekund. En kilowattimme, en term som oftast används för elproduktion, är tillräckligt med energi för att producera en effekt på 1,000 3,600,000 watt under en timme, eller 3.6 XNUMX XNUMX joule (XNUMX megajoule).
Ju mer direkt en yta är vänd mot solen, desto högre blir dess solinstrålning. Maximal solinstrålning produceras när solens ljus träffar i en 90-graders vinkel. Instrålningen minskar när vinkeln blir lägre, eftersom en lägre vinkel sprider samma mängd strålningsenergi över ett större område. Det är därför området runt jordens ekvator, som får mest direkt solljus, är den varmaste delen av jorden och polarområdena är de kallaste. Det orsakar också årstidernas växlingar, eftersom jordens lutande axel gör att vinkeln på solljuset som når en given del av planeten förändras under året. Det är också anledningen till att temperaturen en viss dag tenderar att toppa runt solens middagstid, när solen är som högst på himlen, och sedan minska när solen faller närmare horisonten senare på dagen.
Den totala solinstrålningen av jordens yttre atmosfär från direkt solljus är i genomsnitt cirka 1,366 90 watt per kvadratmeter i en vinkel på 1,000 grader under ett år, varav merparten är i form av synligt ljus. Dämpning av solljuset när det passerar genom atmosfären minskar detta till cirka 90 250 watt per kvadratmeter i en vinkel på XNUMX grader när det når jordens yta. Denna siffra sjunker stadigt när en person flyttar till högre breddgrader och minskar vid tider på dagen längre från solens middagstid och sjunker till nästan ingenting på natten. Den genomsnittliga solinstrålningen för jorden som helhet under ett år är cirka XNUMX watt per kvadratmeter.
Områden på liknande breddgrader kan fortfarande ha betydande skillnader i genomsnittlig solinstrålning på grund av lokala faktorer. Ett områdes solinstrålning kan minskas ytterligare av atmosfäriska förhållanden som stör solljus, såsom moln eller atmosfäriskt dis. Solinstrålningen stiger på högre höjder, eftersom det finns mindre atmosfär för solstrålningen att passera och dämpas av. Mätningar av mängden solinstrålning på olika platser kan sammanställas för att skapa en specialiserad karta som kallas insolationskarta.
Solenergiproduktion är starkt beroende av solinstrålning. Torra eller halvridna områden är vanligtvis hem för solkraftverk för att minimera störningar av solstrålning orsakad av molntäcke och byggs på högre höjder om möjligt. Fotovoltaiska solpaneler är monterade i vinklar avsedda att få inkommande solljus att träffa dem i så nära en 90-graders vinkel som möjligt för att maximera den mottagna effekten. Den optimala vinkeln för detta varierar beroende på geografisk plats och tid på året.
Insoleringen av ett område kan också utnyttjas vid utformning av byggnader. Till exempel kommer stora fönster på sidan av en byggnad som vetter mot ekvatorn att släppa in mer ljus och värme under vintern, när solen står lågt på himlen, och jämförelsevis mindre när den står högt på himlen under sommaren. Detta dämpar säsongsbetonade temperaturextremer inne i byggnaden, vilket gör den bekvämare och minskar mängden energi som behövs för uppvärmning eller luftkonditionering.