Suhu permukaan matahari mencapai 6000 , dan reaksi fusi nuklir terus dilakukan di dalam matahari, dan energi besar dipancarkan ke luar angkasa dalam bentuk radiasi. Apa karakteristik radiasi matahari, mirip dengan radiasi benda hitam, sekitar 50% energi radiasi matahari berada dalam spektrum tampak (panjang gelombang 0,4～0,76 mikron), 7% dalam spektrum ultraviolet (panjang gelombang <0,4 mikron), dan 43 % berada pada spektrum inframerah (panjang gelombang) >0,76 mikron), energi maksimum berada pada panjang gelombang 0,475 mikron. Karena panjang gelombang radiasi matahari jauh lebih kecil daripada panjang gelombang radiasi tanah dan atmosfer (sekitar 3 hingga 120 mikron), radiasi ini biasanya disebut radiasi matahari sebagai radiasi gelombang pendek, dan radiasi tanah dan atmosfer sebagai radiasi gelombang panjang. Energi radiasi matahari, juga dikenal sebagai panas dari radiasi matahari, adalah sumber energi global di luar bumi. Secara kasar dapat dibagi menjadi bagian-bagian berikut: radiasi matahari langsung, radiasi hamburan langit, radiasi pantul permukaan, radiasi gelombang panjang tanah, dan radiasi gelombang panjang atmosfer.
Radiasi matahari langsung, Radiasi matahari di batas atas atmosfer melemah ke berbagai tingkat karena penyerapan, hamburan, dan refleksi molekul atmosfer dan aerosol dan awan di atmosfer. Secara umum, karena atmosfer memiliki selektivitas tertentu terhadap radiasi matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, dan pita serapan umumnya terletak di daerah dengan energi yang lebih sedikit di kedua ujung spektrum radiasi matahari, atmosfer melemahkan dan melemahkan radiasi matahari langsung melalui penyerapan. . Tidak begitu besar. Secara relatif, efek hamburan atmosfer pada radiasi matahari adalah salah satu alasan utama melemahnya energi radiasi matahari. Apa yang disebut "jendela atmosfer" dibuat karena efek selektif atmosfer pada gelombang elektromagnetik. Energi radiasi matahari langsung yang mencapai tanah dapat dihitung dari persamaan transmisi radiasi atmosfer berdasarkan sudut ketinggian matahari dan data meteorologi.
Radiasi matahari yang tersebar , Di antara berbagai komponen spektral radiasi matahari, energinya tersebar ke segala arah oleh molekul udara dan aerosol di atmosfer, yaitu radiasi yang tersebar. Hal ini berbeda dengan penyerapan energi radiasi oleh medium. Tidak mungkin setiap partikel di atmosfer mengubah energi radiasi menjadi "energi internal" sendiri, tetapi hanya mengubah arah radiasi. Radiasi hamburan berkaitan erat dengan ukuran partikel di atmosfer, sehingga ada hamburan molekul dan hamburan butiran kasar. Energi dan arah hamburan juga erat kaitannya dengan jenis hamburan.
Total radiasi matahari,Jumlah nilai radiasi matahari langsung dan nilai radiasi yang tersebar di bawah kondisi langit biru adalah radiasi matahari total.
Perubahan aktivitas matahari dan jarak antara matahari dan bumi akan menyebabkan perubahan energi radiasi matahari batas atas atmosfer bumi. Diperkirakan energi yang dipancarkan matahari ke bumi setiap tiga hari setara dengan jumlah energi semua bahan bakar fosil yang ada di bumi. Distribusi radiasi matahari dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti lintang, ketinggian, kondisi cuaca dan waktu sinar matahari, dll, yang harus dipertimbangkan secara komprehensif. Secara umum, radiasi matahari secara bertahap menurun dari lintang rendah ke lintang tinggi. Awan tipis di daerah dataran tinggi, dan efek melemahnya atmosfer pada radiasi matahari lemah, dan radiasi matahari kuat. Hal sebaliknya terjadi di daerah dataran rendah. Ada beberapa awan pada hari yang cerah, efek melemahnya atmosfer pada radiasi matahari lemah, dan radiasi matahari kuat. Di daerah yang sama, semakin lama waktu sinar matahari, semakin banyak radiasi matahari yang diterimanya. Ada tiga cara bagi manusia untuk menggunakan energi matahari: konversi fototermal, konversi fotolistrik, dan konversi fotokimia.
Konversi fototermal, Konversi cahaya ke panas adalah mengumpulkan energi matahari oleh berbagai kolektor, dan menggunakan energi panas yang dikumpulkan untuk melayani umat manusia.
Aplikasi energi matahari yang paling luas di masa-masa awal adalah untuk memanaskan air, dan saat ini ada jutaan pemanas air tenaga surya di dunia. Sistem pemanas air tenaga surya terutama mencakup tiga bagian: kolektor, perangkat penyimpanan dan pipa sirkulasi.
Penggunaan energi matahari untuk pemanasan di musim dingin telah digunakan selama bertahun-tahun di banyak daerah dingin. Karena suhu di zona dingin sangat rendah di musim dingin, harus ada peralatan pemanas di dalam ruangan. Jika ingin menghemat konsumsi energi fosil, Anda bisa mencoba menggunakan energi matahari. Sebagian besar rumah kaca surya menggunakan sistem air panas, dan ada contoh penggunaan sistem udara panas. Sistem pemanas surya terdiri dari kolektor surya, perangkat penyimpanan termal, sistem energi tambahan, dan sistem kipas pemanas dalam ruangan. Panas radiasi matahari disimpan oleh fluida kerja di kolektor, dan kemudian memanaskan ruangan. Saat ini, Amerika Serikat telah membangun lebih dari 1 juta sistem pemanas surya aktif dan lebih dari 250.000 rumah surya pasif (tata surya untuk rumah) yang mengandalkan aliran alami udara dingin dan panas.
Konversi fotolistrik adalah konversi energi matahari menjadi energi listrik. Saat ini, energi surya digunakan untuk pembangkit listrik tenaga surya dengan dua cara: pertama adalah pembangkit listrik termal, yang pertama menggunakan kolektor panas untuk mengubah energi matahari menjadi energi panas, dan kemudian menggunakan turbin uap untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. ; yang lainnya adalah pembangkit listrik fotovoltaik surya, yang menggunakan efek fotolistrik panel surya. Mengubah energi matahari langsung menjadi listrik.
Prinsip kerja sel surya: Panel surya adalah perangkat yang merespon cahaya dan dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik. Ada banyak jenis bahan yang dapat menghasilkan efek fotovoltaik, seperti: silikon kristal tunggal, silikon polikristalin, silikon amorf, galium arsenida, selenium tembaga indium, dan sebagainya. Prinsip pembangkit listrik tenaga surya mereka pada dasarnya sama, mengambil kristal sebagai contoh untuk menggambarkan proses pembangkit listrik fotovoltaik. Silikon kristal tipe-P dapat didoping dengan fosfor untuk mendapatkan silikon tipe-N, membentuk sambungan P-N. Ketika cahaya menyinari permukaan sel surya, sebagian foton diserap oleh bahan silikon; energi foton ditransfer ke atom silikon, menyebabkan elektron mengalami transisi, menjadi elektron bebas, berkumpul di kedua sisi sambungan PN untuk membentuk perbedaan potensial. Ketika rangkaian dihidupkan, di bawah aksi tegangan ini, arus akan mengalir melalui rangkaian eksternal untuk menghasilkan daya keluaran tertentu. Inti dari proses ini adalah: proses mengubah energi foton menjadi energi listrik. Dasar dari konversi energi sel surya adalah efek fotovoltaik dari junction. Ketika cahaya menyinari sambungan pn, pasangan elektron-lubang dihasilkan. Pembawa yang dihasilkan di dekat persimpangan internal semikonduktor mencapai wilayah muatan ruang tanpa digabungkan kembali. Tertarik oleh medan listrik bawaan, elektron mengalir ke daerah n dan lubang mengalir ke p. Akibatnya, ada kelebihan elektron di daerah n dan kelebihan lubang di daerah p. Mereka membentuk medan listrik fotogenerasi yang berlawanan dengan arah penghalang di dekat persimpangan pn. Selain mengimbangi sebagian efek medan listrik penghalang, medan listrik fotogenerasi juga membuat zona-p bermuatan positif dan zona-N bermuatan negatif. Gaya gerak listrik dihasilkan di lapisan tipis antara zona-N dan zona-P, yang merupakan efek fotovoltaik. Pada saat ini, jika sirkuit eksternal dihubung pendek, arus foto yang sebanding dengan energi cahaya datang mengalir di sirkuit eksternal. Arus ini disebut arus hubung singkat. Sebaliknya, jika kedua ujung PN junction dibuka, Lubang masing-masing mengalir ke zona N dan zona P, sehingga level Fermi zona N lebih tinggi dari level Fermi zona P, dan perbedaan potensial yang dihasilkan antara dua tingkat Fermi. Nilai ini dapat diukur dan disebut tegangan rangkaian terbuka. Karena sambungan diberi bias maju pada saat ini, arus foto hubung singkat yang disebutkan di atas sama dengan arus maju dioda, dan nilai beda potensial dapat ditentukan dari ini. Saat ini, biaya modul panel surya masih relatif tinggi. Untuk mencapai daya modul surya yang cukup, diperlukan area yang cukup luas untuk menempatkan panel surya.
Pada tahun 1953, Bell Labs di Amerika Serikat mengembangkan sel surya silikon pertama di dunia dengan efisiensi konversi surya sebesar 0,5%. Pada tahun 1994, efisiensi konversi modul fotovoltaik surya (modul surya pv) telah meningkat menjadi 17%.
Konversi fotokimia, konversi fotokimia berarti mengubah energi matahari menjadi energi kimia terlebih dahulu, dan kemudian menjadi energi lain seperti energi listrik. Kita tahu bahwa tanaman bergantung pada klorofil untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimia untuk mencapai pertumbuhan dan reproduksi mereka sendiri. Jika misteri konversi fotokimia dapat terungkap, klorofil buatan dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Saat ini, konversi fotokimia matahari sedang aktif dieksplorasi dan diteliti.