مبانی تابش خورشیدی ۲۰۲۱
Fundamentals of Solar Radiation 2021

خورشید، حجم عظیمی از انرژی را ساطع می‌کند که به آن انرژی خورشیدی یا تابش خورشیدی می‌گویند و با اختلاف بسیار، اصلی‌ترین منبع طبیعی انرژی روی زمین است. از آنجا که تابش خورشیدی تقریباً تنها تامین‌کننده‌ی انرژی برای زمین است، تاثیر اساسی بر حیات و فعالیت‌های روی زمین دارد. آب و هوا اولین مثال است، اما مثال‌های بسیار دیگری نیز وجود دارد، مانند رشد گیاهان یا سلامت انسان، یا حتی طراحی ساختمان‌ها، تولید انرژی، به‌ویژه انرژی الکتریکی و حرارتی، یا حتی فرسودگی مواد. هدف این کتاب، ارائه پاسخ‌های ساده به هر کسی است که در مورد تابش خورشیدی سوال دارد. هدف آن کمک از طریق ارائه عناصر اساسی تابش خورشیدی دریافتی در سطح زمین است. این کتاب شامل مثال‌های متعدد و تصاویر فراوان، و همچنین برخی معادلات ساده اما نسبتاً دقیق برای محاسبه عناصر مختلف پوشش داده شده و بازتولید شکل‌ها و نمودارها است.

بخش اول از سه بخش این کتاب به هندسه نسبی بین جهت خورشید و یک ناظر روی زمین و همچنین تابش خورشیدی ساطع شده از خورشید و دریافت شده در بالای جو اختصاص دارد. مدار زمین به دور خورشید و میل خورشیدی شرح داده شده است. مفهوم زمان که ارتباط نزدیکی با چرخه خورشیدی و چرخش زمین به دور خود دارد، معرفی می‌شود. معادلات برای محاسبه تابش خورشیدی دریافتی بر روی یک سطح افقی یا مایل واقع در بالای جو ارائه شده است. توزیع طیفی تابش خورشیدی فرازمینی شرح داده شده است. بخش دوم این کتاب به چگونگی تضعیف و اصلاح تابش خورشیدی تابیده شده در بالای جو در مسیر نزولی آن به سمت زمین می‌پردازد. بازتاب تابش توسط زمین ارائه شده است. تابش خورشیدی دریافتی روی زمین توسط یک صفحه جمع‌کننده افقی یا مایل، مانند یک شیب طبیعی یا پشت بام، و همچنین توزیع طیفی آن مورد بحث قرار می‌گیرد. تغییرپذیری تابش در رابطه با خواص تابش خورشیدی تخمین زده شده از اندازه‌گیری‌ها بررسی می‌شود. بخش سوم به اندازه‌گیری‌های مستقیم یا غیرمستقیم تابش خورشیدی دریافتی روی زمین در یک بازه زمانی معین (دقیقه، ساعت، روز یا ماه)، چه برای تابش کل و چه برای تابش در یک محدوده طیفی مانند فرابنفش (UV)، یا نور روز، یا تابش فعال فتوسنتزی (PAR) می‌پردازد. همچنین توضیح می‌دهد که چگونه می‌توان باورپذیری اندازه‌گیری‌ها را بررسی کرد.

مبانی تابش خورشیدی یک منبع ارزشمند برای همه متخصصان، مهندسان، محققان، دانشجویان و سایر دست‌اندرکارانی خواهد بود که به دنبال درک تابش خورشیدی هستند.

The sun radiates a tremendous amount of energy, called solar energy or solar radiation, which is the main natural source of energy on the Earth, by far. Because solar radiation is the almost unique supplier of energy to the Earth, it has a primary influence on life and activities on the Earth. The climate is a first example, but there are many others, such as plant growth or human health, or even the design of buildings, the production of energy, notably electrical and thermal, or even aging materials. This book aims to provide simple answers to anyone who has questions about solar radiation. Its ambition is to help by presenting the fundamental elements of the solar radiation received on the ground. The book includes many examples and numerous illustrations, as well as some simple but fairly precise equations to calculate the various elements covered and to reproduce the figures and graphs.

The first of the three parts of this book is devoted to the relative geometry between the direction of the sun and an observer on the ground as well as to the solar radiation emitted by the sun and received at the top of the atmosphere. The orbit of the Earth around the sun and the solar declination are described. The concept of time is introduced which is closely linked to the solar cycle and the rotation of the Earth on itself. Equations are given to calculate the solar radiation received on a horizontal or inclined surface located at the top of the atmosphere. The spectral distribution of the extraterrestrial solar radiation is described. The second part of this book addresses how the solar radiation incident at the top of the atmosphere is attenuated and modified in its downward path to the ground. The reflection of the radiation by the ground is presented. The solar radiation received on the ground by a horizontal or inclined collector plane, such as a natural slope or a rooftop, is discussed, as well as its spectral distribution. The variability of the radiation is addressed in relation to the properties of solar radiation estimated from the measurements. The third part deals with direct or indirect measurements of the solar radiation received on the ground over a given integration time (minute, hour, day, or month), whether for total radiation or radiation in a spectral range such as ultraviolet (UV), or daylight, or photosynthetically active radiation (PAR). It also explains how to check the plausibility of the measurements.

Fundamentals of Solar Radiation will be a valuable resource to all professionals, engineers, researchers, students, and other practitioners that seek an understanding of solar radiation.