Η κυριότερη φυσική επίδραση στην επιφάνεια της γης είναι ο ήλιος και η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στη γη και αποτελεί την βασικότερη φυσική πηγή ενέργειας και το σημαντικότερο στοιχείο του περιβάλλοντος που προσφέρει θερμότητα. Σε μια ημέρα, μέσω της ηλιοφάνειας, η γη δέχεται από τον ήλιο περισσότερη ενέργεια από εκείνη που εμείς καταναλώνουμε σε ένα έτος.

Η ηλιακή ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας με σχεδόν σταθερή και προβλέψιμη ένταση στη διάρκεια του χρόνου και της ημέρας Η πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην κορυφή της ατμόσφαιρα της γης σε επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου, όταν η γη βρίσκεται στη μέση απόσταση της από τον ήλιο, καλείται ηλιακή σταθερά και είναι ίση περίπου με 1367W/m2. (Κατ’ ακρίβεια κυμαίνεται στη διάρκεια του έτους μεταξύ μιας ελαχίστης τιμής 1321W/m2 κατά τις αρχές Ιουλίου και μιας μεγίστης τιμής 1471W·m-2 κατά τις αρχές 8 Ιανουαρίου).

 

Σε κάθε τόπο όμως, σε οριζόντιο επίπεδο η προσπίπτουσα ακτινοβολία εξαρτάται από την γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της διεύθυνσης των ακτινών του ήλιου και της καθέτου στο οριζόντιο επίπεδο της ατμόσφαιρας. Αυτή η γωνία αλλάζει κατά την διάρκεια της ημέρας και είναι διαφορετική στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη και στις διάφορες εποχές. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην κορυφή της ατμόσφαιρας της γης σε οριζόντια επιφάνεια καλείται ακτινοβολία στο όριο της ατμόσφαιρας(Ra) ή εξω-ατμοσφαιρική ακτινοβολία.

Η ηλιακή ενέργεια είναι μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο, λόγω της θέσης του ήλιου, αλλά και λόγω της αύξησης των ωρών ηλιοφάνειας. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που διανύει η ηλιακή ακτινοβολία μέσα στην ατμόσφαιρα, τόσο μικρότερο είναι το ποσό της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης. Για το λόγο αυτό, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι πολύ μεγαλύτερη κατά τη θερινή περίοδο σε σχέση με τη χειμερινή. Για τον υπολογισμό της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οποιαδήποτε κεκλιμένη ή και περιστρεφόμενη επιφάνεια, είναι απαραίτητη η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο.

Η ηλιακή ακτινοβολία καθορίζεται από τη θέση του ήλιου στον ουρανό, δηλαδή από το ηλιακό ύψος και το αζιμούθιο. Σε κάθε τοποθεσία, σε μια συγκεκριμένη στιγμή, το ηλιακό ύψος καθορίζεται από τη γωνία γ που είναι η γωνία που σχηματίζεται από τη διεύθυνση των ηλιακών ακτινών και το οριζόντιο επίπεδο της τοποθεσίας. Το αζιμούθιο α είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του κατακόρυφου επίπεδου που διέρχεται από τον ήλιο και του κατακόρυφου επιπέδου Βορρά – Νότου. Η τιμή του είναι ίση με 0 όταν ο ήλιος είναι στο νότο, θετική, όταν ο ήλιος είναι προς τη δύση και αρνητική, όταν ο ήλιος είναι ανατολικά. Το ηλιακό ύψος και το αζιμούθιο μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ημέρας και την εποχή του έτους. Κατά το θερινό ηλιοστάσιο (21 Ιουνίου) ο ήλιος σχηματίζει τα μέγιστα ηλιακά ύψη και αζιμούθια. Αντίθετα, κατά το χειμερινό ηλιοστάσιο (21 Δεκεμβρίου) εμφανίζονται οι μικρότερες γωνίες ηλιακού ύψους και ανοίγματος αζιμούθιου.

Στην Ελλάδα, η Εθνική Μετεωρολογική Υπηρεσία (ΕΜΥ) καταγράφει εδώ και πολλά χρόνια τις ώρες ηλιοφάνειας ανά ημέρα, αλλά και σε κάποιες περιπτώσεις την ολική ηλιακή ακτινοβολία για διάφορες περιοχές της χώρας μας. Γενικά, η χώρα μας παρουσιάζει ένα ιδιαίτερο υψηλό δυναμικόηλιακής ακτινοβολίας, περίπου 1400-1800 kWh/m. Η ολική ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει πάνω σε μια οριζόντια ή κεκλιμένη επιφάνεια, έχει δύο συνιστώσες: την άμεση και την διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία.

Άμεση ηλιακή ακτινοβολία (DNI) είναι αυτή η οποία φτάνει απευθείας από τον ήλιο στην επιφάνεια του εδάφους χωρίς να υποστεί καμία σκέδαση, δηλαδή αλλαγή κατεύθυνσης κατά τη διαδρομή της μέσα στην ατμόσφαιρα. Η άμεση ακτινοβολία αντιστοιχεί στο 46% περίπου της συνολικής ακτινοβολίας και αποτελεί το αξιοποιήσιμο τμήμα της ηλιακής ενέργειας. Η επιφάνεια της γης δέχεται πολύ μικρότερη ποσότητα ηλιακής ενέργειας γιατί, ένα μεγάλο ποσοστό – το 35% περίπου – ανακλάται από τα σύννεφα και την ατμοσφαιρική σκόνη στην ατμόσφαιρα και επιστρέφει στο διάστημα.

Το ποσό της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης ποικίλει από τόπο σε τόπο. Κύριοι παράγοντες στη σχέση ανάμεσα στον ήλιο και τη γη είναι η γωνία της εισερχόμενης ακτινοβολίας και η ατμοσφαιρική μείωση της ακτινοβολίας μέσα από την απορρόφηση ή τη διάχυση. Η γωνία της εισερχόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται από τη θέση
μιας τοποθεσίας στη γη και από την εποχή στην οποία η ακτινοβολία προσπίπτει στη τοποθεσία αυτή. Οι διαφορετικές εποχές προκαλούνται από την κλίση του άξονα της γης κατά 23,5° περίπου σε σχέση με την τροχιά της γης γύρω από τον ήλιο.

Οι ηλιακές ακτίνες προσπίπτουν διαφορετικά από τόπο σε τόπο, με αποτέλεσμα να μην απορροφώνται όμοια ποσά θερμότητας στις διάφορες περιοχές του πλανήτη και να επικρατούν διαφορετικές θερμοκρασίες. Το ποσό της ηλιακής
ακτινοβολίας που κτυπάει την επιφάνεια της γης είναι περισσότερο όταν ο ήλιος βρίσκεται στο ψηλότερο σημείο. Έτσι, αν οι ακτίνες του ήλιου προσπίπτουν κάθετα πάνω στη γη τότε η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι μεγάλη και η επιφάνεια της γης απορροφά μεγάλα ποσά θερμότητας με αποτέλεσμα η θερμοκρασία του τόπου να είναι υψηλή. Αντίστοιχα όταν οι ηλιακές ακτίνες κτυπούν πλάγια πάνω στη γη τα ποσά θερμότητας που απορροφά η επιφάνεια της γης είναι μικρότερα και η θερμοκρασία του τόπου είναι χαμηλή. Οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα στη γη στην περιοχή του Ισημερινού, δηλαδή όσο μεγαλύτερο είναι το γεωγραφικό πλάτος ενός τόπου, τόσο πιο χαμηλή είναι η θερμοκρασία του. Γι’ αυτό και ο βασικότερος παράγοντας διαμόρφωσης του κλίματος είναι το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, δηλαδή η απόσταση του από
τον Ισημερινό.

Διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία (DIF) είναι το ποσό της ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους μετά την ανάκλαση ή σκέδαση μέσα στην ατμόσφαιρα, αλλά και μετά από ανάκλαση στην επιφάνεια της γης. Σκέδαση κατά τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα προκαλείται από τα μόρια του ατμοσφαιρικού αέρα, από τα αιωρούμενα σωματίδια σκόνης, εξαιτίας της ύπαρξης του στρώματος του όζοντος, και από τα μόρια των υδρατμών, διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου, στοιχεία που χαρακτηρίζουν κυρίως την απορρόφηση στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος.

Η μείωση μέρους της ηλιακής ακτινοβολίας προκαλείται είτε από την απορρόφηση της ακτινοβολίας λόγω των σωματιδίων και των υδρατμών στην ατμόσφαιρα (15%) είτε από την αντανάκλαση της πίσω στο διάστημα (6%). Η πλειοψηφία αυτής της μείωσης προκαλείται από τα σύννεφα, αν και υπάρχουν επίσης ανθρώπινοι παράγοντες που εμπλέκονται. Επομένως, η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία εξαρτάται κυρίως από το ποσό και το είδος των νεφών, από την παρουσία διαφόρων πηγών σκεδάσεως που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα όπως επίσης και από τη λευκαύγεια του εδάφους. Συνεπώς, η κάλυψη των σύννεφων σε μια δεδομένη περιοχή είναι αποφασιστική για την τελική επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας της περιοχής και αντίστοιχα για την θερμοκρασία, το κλίμα και το σχεδιασμό.

Η διάχυτη ακτινοβολία, κυρίως το μπλε κομμάτι του ηλιακού φάσματος, δημιουργεί και το γαλάζιο χρώμα του ουρανού. Όπως ο ήλιος και η ηλιακή ακτινοβολία αποτελούν την κυριότερη φυσική πηγή ενέργειας, έτσι ο ουρανός είναι η κυριότερη καταβόθρα, δηλαδή το στοιχείο εκείνο που απορροφά την περισσότερη θερμότητα. Δεδομένου ότι η μέση θερμοκρασία της γης είναι σχεδόν σταθερή, προκύπτει το συμπέρασμα ότι αυτή η εντυπωσιακή ποσότητα θερμότητας αποβάλλεται προς τον ουρανό κυρίως μέσω της νυκτερινής επανακτινοβολίας. Η επιφάνεια της γης εκπέμπει ενέργεια μέσω της ακτινοβολίας προς κάθε αντικείμενο ψυχρότερο από αυτήν. Οι τοίχοι ανταλλάσσουν ενέργεια με τα αντικείμενα που τους περιβάλλουν, ενώ η στέγη την εκπέμπει κατακόρυφα προς το διάστημα μέχρις ότου να συναντήσει αδιαπέραστο φράγμα που σχηματίζεται από τα νέφη των υδρατμών.

Μονάδα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας στο Διεθνές Σύστημα (SI) είναι το 1 Joule/sec. Στον ηλεκτρισμό το 1 joule είναι ίσο με την ενέργεια που απαιτείται για να περάσει ρεύμα 1 Ampere σε έναν αγωγό με ωμική αντίσταση 1 Ohm για χρονική διάρκεια ενός δευτερολέπτου (sec). Δηλαδή 1 J = 1 Watt*sec. Στην πράξη χρησιμοποιούμε την 1 Βατώρα (Wh) ως μονάδα ενέργειας, με πολλαπλάσια την 1 ΚWh = 1000 Wh. Μία Bατώρα (Wh) είναι η ποσότητα ενέργειας που καταναλώνει μία συσκευή ισχύος ενός Βατ (W) σε μία ώρα. 1 Wh=3600 Joule και 1KWh= 3.600.000 Joule.

 

Χάρτης υψηλής ανάλυσης, μέσου όρου της ετήσιας, άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, κατά τα έτη 1994-2018 από τον Παγκόσμιο Ηλιακό Άτλαντα. Το μπλε χρώμα που παρατηρείται στο Β-ΒΑ όγκο του Παρνασσού υποδηλώνει περισσότερη σκίαση κι άρα λιγότερα ποσά άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας. Η μπλε γραμμή νότια της Αράχωβας, οριοθετεί την, κατά μήκος, βόρεια πλευρά του ορεινού όγκου της Κίρφεως, (Ξεροβούνι) που απολαμβάνει κι αυτή περισσότερη σκίαση.

Η Αράχωβα λόγω της γεωγραφικής της θέσης, ευρισκόμενη δηλαδή στις νότιες πλαγιές του Παρνασσού απολαμβάνει πλούσια ηλιοφάνεια, έχουσα γενικά Νότιο προσανατολισμό, με αποτέλεσμα να έχει σημαντικό αντίκτυπο στη διαμόρφωση του κλίματος. Ο ετήσιος μέσος όρος της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας της Αράχωβας ανέρχεται στα 1742 KW/h.

 

Μέσος όρος, ανά ώρα και ανά μήνα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας της Αράχωβας, κατά τα έτη 1994-2018, από τον Παγκόσμιο Ηλιακό Άτλαντα.

Επιπρόσθετα η ηλιακή ακτινοβολία συμβάλλει τα μέγιστα στη βιοκλιματολογία της Αράχωβας, αποτελώντας ένα σημαντικό πεδίο μελέτης που αφορά στις κλιματολογικές και οικολογικές συνθήκες της περιοχής. Η ευρύτερη περιοχή της Αράχωβας καταλαμβάνει ένα εύρος υψομετρικού πεδίου από τα 350μ (κατώτατο σημείο ελαιώνα) ως τα 2416μ (κορυφή Τσάρκου- Παρνασσού) και χαρακτηρίζεται από ηπειρωτικό κλίμα με μεσογειακές επιρροές.

Η βιοκλιματική εικόνα της Αράχωβας -που επηρεάζεται από την ηλιακή ακτινοβολία, το υψόμετρο, την τοπογραφία, τις φυτοκοινωνίες/ οικοσυστήματα και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες- καθορίζει τόσο τις βιοποικιλότητες της περιοχής όσο και τις ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως είναι η γεωργία, η κτηνοτροφία και ο χειμερινός τουρισμός. Σε άλλο σημείωμα θα μιλήσουμε αναλυτικά για τα βιοκλιματικά χαρακτηριστικά της Αράχωβας.

Τόποι – Υψόμετρο	Ετήσιoς Mέσος Όρος Άμεσης Ηλιακής Ακτινοβολίας σε KWh/m2
Δελφοί 632μ	1771
Αράχωβα 950μ	1742
Λιβάδι Αράχωβας 1150μ	1713
Αντίκυρα 0μ	1710
Λιβαδειά 200μ	1620
Παρνασσός- Κελάρια 1950μ (αφετηρίες πιστών)	1594
Αμφίκλεια 400μ	1537
Πολύδροσο 384μ	1530
Άμφισσα 180μ	1521
Επτάλοφος 832μ	1487
Λιλαία 330μ	1432
Γραβιά 400μ	1389
Τιθορέα 440μ	1350

Πίνακας με τα ετήσια, κατά μέσο όρο, ποσά άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας κατά τα έτη 1994-2018 σε περιοχές πέριξ του Παρνασσού. Παρατηρήστε ότι η Αράχωβα, λόγω γεωγραφικής θέσης, υψομέτρου, προσανατολισμού και κλίσης απολαμβάνει απ’ τα υψηλότερα ποσά άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, εν αντιθέσει με περιοχές που βρίσκονται Β-ΒΑ του Παρνασσού, απολαμβάνοντας περισσότερη σκίαση κι άρα μικρότερα ποσά ηλιακής ακτινοβολίας.

Το “Ελληνικό Δίκτυο Ηλιακής Ενέργειας” έχει ως αντικείμενο το σχεδιασμό και υλοποίηση ενός ολοκληρωμένου συστήματος για την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο του διαθέσιμου ηλιακού δυναμικού στην Ελλάδα με την παραγωγή χαρτών ηλιακής ενέργειας σε λεπτομερή χωρική και χρονική ανάλυση και την παροχή πρόγνωσης των επιπέδων της ηλιακής ενέργειας σε ορίζοντα μερικών ημερών.

Το σύστημα αυτό υποστηρίζεται από μια επικαιροποιημένη κλιματολογική μελέτη της ηλιακής ενέργειας για την περίοδο  2002-2012. Το έργο συνδυάζει για πρώτη φορά για την Ελλάδα μετρήσεις της ηλιακής ενέργειας από ένα καλά οργανωμένο δίκτυο σταθμών, με δορυφορικές εικόνες της νέφωσης, δορυφορικά δεδομένα των ατμοσφαιρικών αιωρημάτων και υπολογισμούς με μοντέλα για να οδηγήσει στην παραγωγή χαρτών (και δεδομένων) αποτύπωσης της ηλιακής ενέργειας πάνω από την Ελλάδα σε πολύ λεπτομερή χρονική και χωρική κλίμακα, καθώς και στην καθημερινή ολιγοήμερη πρόγνωση των επιπέδων ηλιακής ενέργειας. Εποπτεύεται από το Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας του Πανεπιστημίου Πατρών.

 

Χάρτης υψηλής ανάλυσης, μέσου όρου, της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας του Ν.Βοιωτίας από το τμήμα Φυσικής Παν/μίου Πατρών, κατά τα έτη 2002-2012. Είναι εμφανής η διαφορά στην κατανομή της ακτινοβολίας μεταξύ Βόρειας και Νότιας Βοιωτίας!

Στην ηλιακή ενέργεια που συμβάλλει τα μέγιστα στη διαμόρφωση του καιρού- κλίματος, αποτελώντας τη βασικότερη φυσική πηγή ενέργειας και ζωής για τον πλανήτη μας, θα επανέλθουμε!