L’irraggiamento solare è una misura della quantità di energia solare che raggiunge una superficie, o irraggiamento, su una data superficie nel tempo. La superficie in questione può essere qualsiasi cosa esposta alla luce solare, da un particolare oggetto o luogo sulla Terra a piccoli oggetti spaziali come i satelliti artificiali alla superficie di un intero pianeta. L’irraggiamento solare di una particolare area della Terra dipende dalla sua distanza dall’equatore, dalle sue condizioni meteorologiche e dall’ora del giorno e dell’anno. È essenziale per la continua esistenza della vita sulla Terra, poiché le piante si affidano all’energia del sole per sopravvivere, oltre ad essere un fattore importante nella costruzione e nell’ubicazione delle apparecchiature per generare elettricità dall’energia solare.
Solitamente misurata in watt per metro quadrato, l’irraggiamento solare medio di un’area per periodi di tempo più lunghi è spesso espresso in chilowattora per metro quadrato al giorno. Il watt è l’unità metrica standard di potenza, o energia nel tempo; un watt di potenza equivale a un joule di energia al secondo. Un kilowattora, un termine più comunemente usato in riferimento alla generazione di energia elettrica, è energia sufficiente per produrre una potenza di 1,000 watt per un’ora, o 3,600,000 joule (3.6 megajoule).
Più una superficie è rivolta direttamente al sole, maggiore sarà la sua irraggiamento solare. La massima insolazione solare viene prodotta quando la luce del sole colpisce con un angolo di 90 gradi. L’insolazione diminuisce man mano che l’angolo si abbassa, perché un angolo più basso diffonde la stessa quantità di energia radiante su un’area più ampia. Questo è il motivo per cui l’area intorno all’equatore terrestre, che riceve la luce solare più diretta, è la parte più calda della Terra e le regioni polari sono le più fredde. Causa anche il cambio di stagione, perché l’asse inclinato della Terra significa che l’angolo della luce solare che raggiunge una data parte del pianeta cambia nel corso dell’anno. Questo è anche il motivo per cui la temperatura in un dato giorno tenderà a raggiungere il picco intorno al mezzogiorno solare, quando il sole è nel suo punto più alto nel cielo, per poi diminuire quando il sole si avvicina all’orizzonte nel corso della giornata.
L’insolazione solare totale dell’atmosfera esterna della Terra dalla luce solare diretta è in media di circa 1,366 watt per metro quadrato con un angolo di 90 gradi nel corso di un anno, la maggior parte dei quali è sotto forma di luce visibile. L’attenuazione della luce solare che attraversa l’atmosfera la riduce a circa 1,000 watt per metro quadrato con un angolo di 90 gradi nel momento in cui raggiunge la superficie terrestre. Questa cifra diminuisce costantemente man mano che una persona si sposta a latitudini più elevate e diminuisce nelle ore del giorno più lontane dal mezzogiorno solare, scendendo quasi a zero durante la notte. L’insolazione media della Terra nel suo insieme nel corso di un anno è di circa 250 watt per metro quadrato.
Aree a latitudini simili possono ancora presentare differenze significative nell’insolazione media a causa di fattori locali. L’insolazione di un’area può essere ulteriormente ridotta da condizioni atmosferiche che interferiscono con la luce solare, come nuvole o foschia atmosferica. L’insolazione aumenta a quote più elevate, perché c’è meno atmosfera in cui la radiazione solare può passare ed essere attenuata. Le misurazioni della quantità di irraggiamento solare in luoghi diversi possono essere compilate per creare una mappa specializzata chiamata mappa dell’insolazione.
La produzione di energia solare dipende fortemente dall’insolazione. Le regioni aride o semiaride sono comunemente sede di centrali solari per ridurre al minimo l’interferenza con la radiazione solare causata dalla copertura nuvolosa e sono costruite ad altitudini più elevate, se possibile. I pannelli solari fotovoltaici sono montati ad angoli destinati a far sì che la luce solare in entrata li colpisca il più vicino possibile a un angolo di 90 gradi per massimizzare la potenza ricevuta. L’angolo ottimale per questo varia a seconda della posizione geografica e del periodo dell’anno.
L’insolazione di un’area può essere sfruttata anche nella progettazione degli edifici. Ad esempio, grandi finestre sul lato di un edificio rivolto verso l’equatore faranno entrare più luce e calore durante l’inverno, quando il sole è basso nel cielo, e relativamente meno quando è alto nel cielo durante l’estate. Questo modera le temperature estreme stagionali all’interno dell’edificio, rendendolo più confortevole e riducendo la quantità di energia necessaria per il riscaldamento o l’aria condizionata.