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無線電子工学および電気工学の百科事典 どれくらいの太陽エネルギーが地球に降り注ぐのでしょうか？ 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
太陽は、毎秒約 1,1x1020 kWh という膨大な量のエネルギーを放射します。 100 キロワット時は、10 ワットの白熱電球を 1500 時間点灯するのに必要なエネルギー量です。 地球の外気は、太陽が放出するエネルギーの約 1,5 万分の 1018、つまり年間約 47 京 (700 x 7) kWh を遮断します。 しかし、大気ガスやエアロゾルによる反射、散乱、吸収のため、地表に到達するのは全エネルギーの 1017%、つまり約 XNUMX 京 (XNUMX x XNUMX) kWh だけです。
地球の大気中の太陽放射は、いわゆる直接放射と、大気中に含まれる空気、塵、水などの粒子によって散乱されるものとに分けられます。 それらの合計が総日射量となります。 単位時間当たり単位面積あたりに降下するエネルギー量は、次のような多くの要因によって決まります。
時間と地理的位置 地球の表面に降り注ぐ太陽エネルギーの量は、太陽の動きによって変化します。 これらの変化は時間帯や季節によって異なります。 通常、早朝や夕方よりも正午の方が地球に当たる太陽放射が多くなります。 正午には、太陽は地平線の高い位置にあり、地球の大気中を通る太陽光線の経路の長さは短くなります。 その結果、散乱および吸収される太陽放射が少なくなり、より多くの太陽放射が地表に到達することになります。 地表に到達する太陽エネルギーの量は年間平均値とは異なります。北欧の冬には 0,8 日あたり 2 kWh/m4 未満、同じ地域の夏には 2 日あたり XNUMX kWh/mXNUMX 以上です。 赤道に近づくほどその差は小さくなります。
太陽エネルギーの量は、その場所の地理的位置にも依存します。赤道に近いほど、太陽エネルギーは大きくなります。 たとえば、水平面に入射する平均年間総日射量は、中央ヨーロッパ、中央アジア、カナダでは約 1000 kWh/m2、中央ヨーロッパ、中央アジア、カナダでは約 1700 kWh/m2 です。 地中海では - 約2200 kWh / m2。 アフリカ、中東、オーストラリアのほとんどの砂漠地域では、約 XNUMX kWh/mXNUMX。 したがって、日射量は時期と地理的位置によって大きく異なります（表を参照）。 太陽エネルギーを使用する場合は、この要素を考慮する必要があります。
太陽エネルギーに対する雲の影響 地表に到達する太陽放射の量は、日中および年間を通して、さまざまな大気現象と太陽の位置によって異なります。 雲は、地表に到達する太陽放射の量を決定する主要な大気現象です。 地球上のどの時点でも、地表に到達する太陽放射は曇りが増加すると減少します。 その結果、曇りの多い天候の国では、ほとんど雲のない砂漠に比べて日射量が少なくなります。 雲の形成は、山、海、海洋、大きな湖などの地域の特徴の存在に影響されます。 そのため、これらの地域と隣接する地域では日射量が異なる場合があります。 たとえば、山は隣接する丘陵地帯や平地よりも日射量が少ない場合があります。 山に向かって吹く風により、空気の一部が上昇し、空気中の水分が冷やされて雲が形成されます。 沿岸地域の日射量は、内陸地域で記録された日射量と異なる場合もあります。 日中に受け取る太陽エネルギーの量は、地域の大気現象に大きく依存します。 晴れた空の正午には、太陽全体が 水平面に降る放射線は（たとえば中央ヨーロッパでは）1000 W/m2 の値に達することがあります（非常に良好な気象条件では、この数値はさらに高くなる可能性があります）が、非常に曇りの天候では、正午であっても 100 W/m2 を下回ります。 太陽エネルギーに対する大気汚染の影響 人為的および自然現象によっても、地表に到達する太陽放射の量が制限される可能性があります。 都市部のスモッグ、森林火災からの煙、および空中に浮遊する火山灰は、太陽放射の分散と吸収を増加させることにより、太陽エネルギーの使用を削減します。 つまり、これらの要因は、全体よりも直接日射に大きな影響を及ぼします。 スモッグなどの深刻な大気汚染では、直接放射線は 40% 減少し、合計では 15 ～ 25% しか減少しません。 強力な火山の噴火により、地表の広い範囲で、20 か月から 10 年間、直接日射量が 6%、合計で 2% 減少する可能性があります。 大気中の火山灰の量が減少するとその影響は弱まるが、完全に回復するには数年かかる可能性がある。 太陽エネルギーの可能性 太陽は、世界中で実際に使用されているエネルギーの 10 倍ものフリー エネルギーを私たちに提供しています。 世界の商業市場だけでも、年間 000 兆 (85 x 8,5) kWh 弱のエネルギーが売買されています。 プロセス全体を追跡することは不可能であるため、人々がどれだけの非商業エネルギーを消費するかを確実に言うことはできません（たとえば、どれだけの木材と肥料が収集され燃やされ、どれだけの量の水が機械エネルギーや電気エネルギーを生産するために使用されますか）。 一部の専門家は、そのような非営利エネルギーが使用されるエネルギー全体の 1013 分の XNUMX を占めると推定しています。 しかし、たとえこれが本当だとしても、人類が年間に消費する総エネルギーは、同じ期間に地表に降り注ぐ太陽エネルギーの約XNUMX分のXNUMXにすぎません。 米国などの先進国では、エネルギー消費量は年間約 25 兆 (2.5 x 1013) kWh で、これは 260 人あたり 100 日あたり 33 kWh 以上に相当します。 これは、13 W の白熱電球を XNUMX 個以上毎日丸一日点灯することに相当します。 平均的な米国国民は、インド人の XNUMX 倍、中国人の XNUMX 倍、日本人の XNUMX 倍、スウェーデン人の XNUMX 倍のエネルギーを消費します。 地球の表面に到達する太陽エネルギーの量は、米国のようなエネルギー消費量が膨大な国であっても、その消費量の何倍も大きくなります。 国の領土のわずか 1% が 10% の効率で動作する太陽光発電設備 (太陽光発電パネルまたは太陽熱温水システム) の設置に使用された場合、米国はエネルギーを完全に供給されることになります。 他の先進国についても同じことが言えます。 しかし、これはある意味で非現実的です。第一に、太陽光発電システムのコストが高いため、第二に、生態系を損なうことなくこれほど広い地域を太陽光発電設備でカバーすることは不可能です。 しかし、原理自体は正しいのです。 ビルの屋上、住宅、道路沿い、所定の土地などに分散して設置することで、同じエリアをカバーすることが可能です。 さらに、多くの国ではすでに土地の 1% 以上がエネルギーの採掘、変換、生産、輸送に割り当てられています。 そして、このエネルギーのほとんどは人間の存在規模では再生不可能であるため、この種のエネルギー生産は太陽系よりも環境にはるかに有害です。
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