Insolatsioon tuleneb sõnadest „sissetulev päikesekiirgus” ja kirjeldab päikeseenergiat, mis jõuab esmalt Maa atmosfääri ning seejärel maapinnale. Insolatsioon on päikesekiirgus, mis jõuab maapinnale. Seda saab vaadelda kahel viisil: kui hetkevõimsus ühe pinnaühiku kohta, mida nimetatakse kiirgusvooks (ühikuks W/m² ehk vatt ühe ruutmeetri kohta), ja kui energiakogus ajaühiku kohta ehk päikeseenergia hulk (näiteks kWh/m² päevas). Artikli algtekstis mainitud mõõtmisviis — energia ruutsentimeetri kohta minutis — kujutab samuti energia hulka ajaühikus ja pindalaühikus; tänapäevased mõõtmised väljendatakse tavaliselt ühikutes W/m², J/m² või kWh/m². Samamoodi nimetatakse maapinnale saabuvat päikeseenergiat üldiselt päikesekiirguseks: see on sissetuleva päikesekiirguse kogus Maa pinnaühiku kohta. Maa pinnale saabuv päikeseenergia varieerub vastavalt aastaajale, laiuskraadile, atmosfääri läbipaistvusele ja maapinna kallakule.

Mõõtmine ja ühikud

Hetkeväärtus (irradiance) näitab võimsust pinnaühiku kohta (W/m²). Päevane insolatsioon ehk energia kogus päeva jooksul väljendatakse sageli kWh/m² või MJ/m². Standardne vihje: Lähteväärtus kosmoses ehk päikesekonstant on umbes 1361 W/m² — see on võimsus, mis langeb põhimõtteliselt risti Maa suunaga väljaspool atmosfääri. Maa pinnal selge taeva all ja otse päikese all võib hetkeväärtus risti seinapinnal jõuda ligikaudu 1000 W/m².

Mõjutavad tegurid

  • Asend ja nurk: päikese kõrgus taevast ja selle sissetuleku nurk mõjutavad insolatsiooni: sissetulev kiirgus väheneb proportsionaalselt cos(θ), kus θ on kiirte ja pindala normaalsihi vaheline nurk.
  • Laiuskraad ja aastaajad: kõrgemal laiuskraadidel on päeval pikkuse ja päikese nurga tõttu talvel palju väiksem insolatsioon kui ekvaatori lähedal.
  • Ajapunkt päevas: kõige suurem päikesepaiste on tavaliselt keskpäeval, kui päike on kõrgeimalt taevast.
  • Atmosfäär: pilved, aerosoolid, niiskus ja õhukihi paksus vähendavad ja muutuvadki kiirguse hulka (hajutus, neeldumine ja peegeldumine).
  • Pinna orientatsioon ja kalle: kallakud ja ülesse suunatud pinnad saavad rohkem otsekiirgust teatud kellaajal; sellepärast paigutatakse päikesepaneelid tavaliselt optimaalse nurga alla vastavalt laiuskraadile.
  • Albeedo: ümbruse peegeldus (näiteks lumi või veepinnad) võib lokaalset insolatsiooni suurendada või vähendada.

Mõju inimesele ja keskkonnale

Päikesepaiste mõjutab otseselt temperatuuri ja kliimat: mida suurem on päikesekiirgus pinnal, seda rohkem soojeneb õhk ja maapind. Insolatsioon mõjutab ka mitmeid valdkondi:

  • energeetika — päikeseenergiasüsteemide tootlus sõltub insolatsioonist (päikeseelektri toodang); standardtingimuseks kasutatakse sageli AM1.5 ja 1000 W/m²;
  • põllumajandus — taimede fotosüntees ja kasv sõltuvad saadavast valgusest ja kuumusest;
  • ehitus ja arhitektuur — hoonete soojuskoormus, passiivne päikeseküte ja varjutuslahendused planeeritakse insolatsiooni alusel;
  • tervis — UV-kiirgus võib tekitada päikesepõletust ja suurendada nahavähi riski, kuid mõõdukas päikesevalgus aitab D-vitamiini sünteesil;
  • meteoroloogia ja kliimauuringud — insolatsiooni mustrid aitavad mõista kohalikke ja globaalset kliimamuutusi.

Mõõtetööriistad ja andmed

Sagedamini kasutatavad instrumendid:

  • Piranomeeter (pyranometer) mõõdab kogu horisontaalse pindala suhtes saabuvat globaalset kiirgust (nii otsene kui hajutatud);
  • Pürheliomeeter (pyrheliometer) mõõdab otse normaalset (direct normal) kiirgust, tavaliselt koos päikesesuunalise jälgimissüsteemiga;
  • Aktinomeeter — vanemad meetodid päikeseenergia summaarseks mõõtmiseks;
  • Päikesefotomeeter ja satelliitandmed — neid kasutatakse aerosoli ja pilvisuse määramiseks ning laiaulatuslike insolatsioonikaartide koostamiseks.

Lisaks paikmõõtmistele annavad satelliitidelt saadud andmed ja mudelid ülevaate insolatsiooni piirkondlikest ning globaalsest jaotusest ning võimaldavad prognoose energia tootmiseks ja kliimauuringuteks.

Lühikokkuvõte: insolatsioon on oluline meteoroloogiline ja füüsikaline suurus, mis väljendab päikesest tuleva energia hulka pinnal. Selle mõistmine ja mõõtmine on vajalik nii ilmastiku uurimiseks, keskkonnakaitseks kui ka praktiliste rakenduste — nagu päikesepaneelide paigutus ja hoonete projekteerimine — jaoks. Igal päeval on kõige suurem päikesepaiste keskpäeval.