كم يبلغ إجمالي الطاقة الشمسية التي يقوم الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الأرضية بامتصاصها؟
يستقبل كوكب الأرض 174 بيتا واط من الإشعاعات الشمسية القادمة إليه (الإشعاع الشمسي) عند طبقة الغلاف الجوي العليا.[1] وينعكس ما يقرب من 30% من هذه الإشعاعات عائدة إلى الفضاء بينما تُمتص النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات والكتل الأرضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على سطح الأرض عبر المدى المرئي وبالقرب من مدى الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى الأشعة فوق البنفسجية.[2] تمتص مسطحات اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاعات الشمسية، ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء الصاعد من المحيطات مسبباً دوران الهواء الجوي أو انتقال الحرارة بخاصية الحمل في اتجاه رأسي. وعندما يرتفع الهواء إلى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجة الحرارة، يتكثف بخار الماء في صورة سحب تمطر على سطح الأرض، ومن ثم تتم دورة الماء في الكون. تزيد الحرارة الكامنة لعملية تكثف الماء من انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يؤدي إلى حدوث بعض الظواهر الجوية، مثل الرياح والأعاصير والأعاصير المضادة.[3] وتعمل أطياف ضوء الشمس التي تمتصها المحيطات وتحتفظ بها الكتل الأرضية على أن تصبح درجة حرارة سطح الأرض في المتوسط 14 درجة مئوية.[4] ومن خلال عملية التمثيل الضوئي الذي تقوم به النباتات الخضراء، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الطعام والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الحفري.
يُشار إلى الطيف خارج الغلاف الجوي، والذي يقترب من الجسم الأسود 5800 ك، باسم "AM0"، وتَعني "عدم وجود أغلفة جويّة". يتم تمييز بشكل عام الخلايا الشمسية المستخدمة لتطبيقات الطاقة الفضائية، مثل تلك الموجودة على أقمار الاتصالات باستخدام AM0.
يُشار إلى الطيف بعد عبوره الغلاف الجوي إلى مستوى سطح البحر مع وجود الشمس فوقه مباشرةً، بحكم التعريف، باسم "AM1". وهذا يعني "غلاف جوي واحد". AM1 (ض = 0 °) إلى AM1.1 (ض = 25 درجة) هو مجال جيّد لتقدير أداء الخلايا الشمسية في المناطق الاستوائية والمدارية.
لا تعمل الألواح الشمسية عادةً تحت سمك غلاف جوي واحد مباشرةً: إذا كانت الشمس في زاوية لسطح الأرض فأن السمك الفعّال سيكون أكبر. تقع العديد من المراكز السكانية الرئيسية في العالم، وبالتالي منشآت الطاقة الشمسية وصناعتها، في جميع أنحاء أوروبا، الصين، اليابان، الولايات المتحدة الأمريكية وأماكن أخرى (بما في ذلك الهند الشماليّة وأفريقيا الجنوبيّة وأستراليا) في مناطق معتدلة. لذا فإن رقم AM الذي يمثل الطيف في منتصف النطاقات هو الأكثرُ شيوعًا.
"AM1.5"، ويقابل سماكة الغلاف الجوي 1.5، زاوية الذروة للشمس والتي يكون مقدراها Z= 48.2 درجة. في حين أن رقم AM في الصيف عند منتصف النطاقات خلال الأجزاء الوسطى من اليوم هو أقل من 1.5، تتحقق أرقام أعلى في الصباح والمساء وخلال أوقات أُخرى من السنة. لذاك فإن AM1.5 مفيدة في تمثيل المتوسط السنوي الشامل لأنصاف النطاقات. وقد تم اختيار القيمة 1.5 المحددة في السبعينات بهدف توحيد المعايير، استنادًا إلى تحليل بيانات الإشعاعات الشمسية في حدود المشتركة للولايات المتحدة . ومنذ ذلك الحين، فأن صناعة الطاقة الشمسية تستخدم AM1.5 لجميع اختبارات المعيار أو لتصنيف خلايا أو وحدات الطاقة الشمسية الأرضية، وتتضمن تلك المستخدمة في أنظمة التركيز. إنّ أحدث معايير AM1.5 المتعلقة بالتطبيقات الضوئية هي [ASTM G-173 [10][11 وIEC 60904، وكلها مستمدة من عمليات المحاكاة التي تم الحصول عليها باستخدام رمز SMARTS