Атмосферна маса - це довжина шляху, який проходить світло через атмосферу, віднесена до найкоротшому можливому шляху (коли Сонце знаходиться в зеніті). Атмосферна маса показує на скільки зменшилася спектральна щільність потоку випромінювання після проходження через атмосферу і поглинання повітрям і пилом. Атмосферна маса визначається, як
де θ - це кут, відлічуваний від вертикалі (зенітний кут). Коли Сонце знаходиться прямо над головою, θ = 90 і атмосферна маса дорівнює 1.
Атмосферна маса являє собою відношення атмосферного відстані, яку проходить світлом, до найкоротші з цих можливих шляхів, і дорівнює Y / X.
Для визначення атмосферної маси існує простий метод, в якому використовується довжина тіні, що відкидається вертикальним шостому.
Атмосферна маса дорівнює довжині гіпотенузи, розділеної на довжину жердини і по теоремі Піфагора:
У цьому завданні передбачається, що атмосфера - це плоский горизонтальний шар. Але насправді це не так. Кривизна атмосфери призводить до того, що, коли Сонце близько до горизонту, атмосферна маса відрізняється від довжини атмосферного шляху. На сході кут Сонця, відлічуваний від вертикалі, дорівнює 90 і атмосферна маса повинна бути рівною нескінченності, тоді як очевидно, що довжина атмосферного шляху конечна. Наступне рівняння враховує кривизну кулястість Землі:
Стандартний сонячний спектр і сонячне випромінювання
Ефективність сонячного елемента залежить як від інтенсивності падаючого світла, так і від його спектрального складу. Щоб полегшити порівняння сонячних елементів, зроблених в різних місцях і в різний час, були визначені стандартний спектр і поверхнева щільність потоку сонячного випромінювання для умов на поверхні Землі і на кордоні атмосфери Землі. Стандартний спектр на поверхні Землі називається АМ1.5G (G, global, означає загальний, і включає в себе як пряме, так і розсіяне випромінювання) або АМ1.5D (direct, що включає тільки пряме випромінювання). Інтенсивність випромінювання АМ1.5D можна приблизно оцінити, як 72% від АМ0 (18% - поглинання, 10% - розсіювання). Загальний спектр на 10% більше, ніж прямий. Розрахувавши щільність потоку випромінювання, використовуючи ці дані, отримують значення приблизно рівне 970 Вт / м 2 для АМ1.5G. Однак на практиці використовують значення, рівне 1 кВт / м 2. так як воно зручніше для розрахунків і через те, що падає випромінювання притаманні невеликі зміни. Стандартний спектр представлений на сторінці "Додатки".
Стандартний спектр поза земною атмосферою називається АМ0, тому що світло не проходить через атмосферу. Зазвичай цей спектр використовують для розрахунку ефективності сонячних елементів для космічних апаратів.
Розрахунок інтенсивності випромінювання на основі атмосферної маси.
Щоденну інтенсивність прямої складової сонячного світла можна визначити, як функцію атмосферної маси. Експериментально отримане рівняння має вигляд (Meinel):
де It - це інтенсивність на майданчику, перпендикулярної до сонячних променів в кВт / м 2. АМ - атмосферна маса. 1.353 кВт / м 2 - це сонячна постійна, а 0.7 враховує той факт, що близько 70% сонячного випромінювання, що приходить на межу атмосфери, досягає землі. Показник 0.678 - емпіричний коефіцієнт, що враховує неоднорідність атмосферних шарів.
Інтенсивність сонячного випромінювання збільшується при збільшенні висоти над рівнем моря. Спектральний склад сонячного світла так само змінюється, що робить світ більш синім високо в горах. Для висот в межах декількох кілометрів над рівнем моря можна використовувати просте наближення, помноживши значення для поверхні Землі на (1-0.14h), де h - це висота над рівнем моря.
Дифузне випромінювання навіть при ясному небі становить близько 10% прямого. Тому в ясний день загальна інтенсивність випромінювання, що падає на модуль, орієнтований перпендикулярно сонячним променям, дорівнює: