सौर विकिरण

सौर विकिरण क्या है?

सौर विकिरण वह ऊर्जा है जो सूर्य प्रकाश और ऊष्मा के रूप में पृथ्वी तक भेजता है। इसे दो तरह से गिना जाता है — विकिरण तीव्रता, यानी एक वर्ग मीटर पर पड़ने वाली शक्ति (W/m²); और पूरे दिन का जोड़, यानी दैनिक सौर प्राप्ति (kWh/m²)।

वायुमंडल के सबसे ऊपरी छोर पर आती हुई यह धारा औसतन लगभग 1,361 W/m² होती है — इसी आँकड़े को सौर नियतांक कहते हैं। ज़मीन तक इससे काफ़ी कम पहुँचता है: हवा के अणु उसका एक हिस्सा बिखेर देते हैं, ओज़ोन और जलवाष्प स्पेक्ट्रम के कुछ हिस्से सोख लेते हैं, और बादल बड़ी मात्रा में उसे वापस लौटा देते हैं। दक्षिण एशिया की किसी साफ़ दोपहर में, सूर्य जब लगभग सिर पर हो, सतह पर यह मान 1,000 W/m² के क़रीब पहुँच सकता है — यह संयोग नहीं कि सौर पैनलों की क्षमता इसी संदर्भ मान पर आँकी जाती है।

यह बात दक्षिण एशिया में बाक़ी दुनिया से ज़्यादा मायने रखती है, क्योंकि इस क्षेत्र का बड़ा हिस्सा भूमध्य रेखा और कर्क रेखा के बीच पड़ता है। कर्क रेखा भारत को गुजरात, राजस्थान, मध्य प्रदेश, छत्तीसगढ़, झारखंड, पश्चिम बंगाल और पूर्वोत्तर से होकर काटती है, और इस पट्टी के भीतर सूर्य साल में दो बार ठीक सिर के ऊपर से गुज़रता है। दोपहर की किरण तब ज़मीन पर लगभग लंबवत पड़ती है और वायुमंडल पार करते हुए सबसे कम ऊर्जा गँवाती है। मई में दिल्ली की किसी छत को प्रति वर्ग मीटर इतनी ऊर्जा मिलती है जितनी लंदन की छत को कभी नहीं मिलती।

बीम, बिखरी रोशनी और कुल योग: विकिरण नापा कैसे जाता है

मौसम विज्ञानी आती हुई ऊर्जा को तीन हिस्सों में बाँटकर देखते हैं:

• सीधी किरण (DNI) — जो सीधे सूर्य की तश्तरी से आती है। तीखी परछाइयाँ इसी से बनती हैं, और रोशनी केंद्रित करने वाले सौर संयंत्रों को इसी की ज़रूरत पड़ती है।
• बिखरी रोशनी (DHI) — हवा, धूल और बादलों से टकराकर पूरे आसमान से आती रोशनी। सिंधु-गंगा के मैदान की किसी धुँधली सुबह में अधिकांश रोशनी इसी क़िस्म की होती है — आसमान चमकदार दिखता है पर परछाइयाँ नरम रहती हैं।
• कुल क्षैतिज विकिरण (GHI) — समतल सतह पर पड़ने वाला पूरा जोड़: बिखरी रोशनी, और सीधी किरण का ऊर्ध्वाधर हिस्सा।

मानक उपकरण पाइरेनोमीटर है — काँच के गुंबद के नीचे रखा थर्मोपाइल या सिलिकॉन संवेदक, जो कुल क्षैतिज विकिरण नापता है। सूर्य का पीछा करने वाले माउंट पर लगा पाइरहीलियोमीटर सीधी किरण नापता है। दक्षिण एशिया के कई केंद्रों के पास इनसे कहीं लंबे रिकॉर्ड तेज़ धूप के घंटों के रूप में रखे हैं, जो पुराने सनशाइन रिकॉर्डर से आते हैं — किरण पर्याप्त तेज़ हो तो यह कार्ड पर जली हुई लकीर छोड़ देता है।

मौसम मॉडल सतह का विकिरण नापते नहीं, अनुमान लगाते हैं: तारीख़, समय और अक्षांश से सूर्य की ज्यामिति निकालकर उस पर बादल और ऐरोसोल का पूर्वानुमान चढ़ा देते हैं। इसीलिए धुँधले दिनों का विकिरण पूर्वानुमान साफ़ दिनों के मुक़ाबले कहीं कम भरोसेमंद रहता है।

सौर विकिरण भारत और दक्षिण एशिया में

साल भर का औसत लें तो भारत के अधिकांश हिस्से को रोज़ाना लगभग 4 से 6 kWh/m² मिलता है — इतना बड़ा संसाधन कि सौर बिजली देश में नई बिजली के सबसे सस्ते स्रोतों में गिनी जाने लगी। सबसे अच्छी परिस्थितियाँ सूखे पश्चिम में हैं: पश्चिमी राजस्थान, कच्छ और थार में सूर्य का ऊँचा कोण और साल के ज़्यादातर हिस्से में बादलों की बहुत कम मौजूदगी, दोनों एक साथ मिलते हैं। राजस्थान का भादला सोलर पार्क, जो दुनिया के सबसे बड़े सौर संयंत्रों में गिना जाता है, ठीक इसी पट्टी में बैठा है।

मौसमी चाल उन लोगों को चौंकाती है जो ऊँचे अक्षांशों के अभ्यस्त हैं। भारत के अधिकांश हिस्सों में विकिरण ग्रीष्म संक्रांति पर चरम पर नहीं पहुँचता। उसका शिखर अप्रैल और मई में आता है, मानसूनी बादलों के पहुँचने से पहले; फिर जुलाई और अगस्त में यह ढह जाता है, जब हफ़्तों तक घना आच्छादन पूरे उपमहाद्वीप को ढके रहता है। केरल या तटीय कर्नाटक की छत पर लगा सौर संयंत्र बरसात के महीनों में अपने उत्पादन का बड़ा हिस्सा गँवा देता है।

सर्दी एक दूसरी, बिलकुल अलग क़िस्म की हानि लाती है। नवंबर के आख़िर से जनवरी तक सिंधु-गंगा का मैदान — पंजाब, हरियाणा, दिल्ली, उत्तर प्रदेश, बिहार और आगे बांग्लादेश तक — कोहरे और ऐरोसोल की मोटी परत से भर जाता है, और सूर्य कई-कई दिन एक फीकी तश्तरी भर रह जाता है। पाकिस्तान के पंजाब में, लाहौर और मुल्तान के आसपास, यही हाल रहता है।

बादल, ऐरोसोल और सूर्य का कोण

सौर नियतांक और आपकी छत के बीच तीन चीज़ें खड़ी हैं।

बादल सबसे बड़ी और सबसे चंचल रुकावट हैं। गहरे मानसूनी बादल साफ़ आसमान वाले मान का अधिकांश हिस्सा हटा देते हैं, और कोई भारी संवहनी कोष्ठ दोपहर के बीचोंबीच सतह की रोशनी को गोधूलि जैसे स्तर तक गिरा सकता है।

ऐरोसोल, यानी हवा में तैरते सूक्ष्म कण — थार और अरब प्रायद्वीप से उड़ी धूल, फ़सल अवशेष तथा जैव ईंधन जलने का धुआँ, और शहरी व औद्योगिक कण — आसमान में एक भी बादल न हो तब भी धूप को बिखेरते और सोखते हैं। दुनिया में ऐरोसोल का सबसे ऊँचा भार जिन इलाक़ों पर है, दक्षिण एशिया उनमें है, और इससे सतह तक पहुँचने वाली धूप में जो कमी आती है वह अच्छी तरह दर्ज हो चुकी है; इसे अक्सर सौर मंदन कहा जाता है।

सूर्य का कोण तीनों में सबसे पूर्वानुमेय है। दिन चढ़ते और ढलते वक़्त किरण को वायुमंडल का कहीं लंबा रास्ता तय करना पड़ता है और वह ज़मीन पर उथले कोण से गिरती है, इसलिए तीव्रता दोपहर के मान का एक अंश भर रह जाती है। यही ज्यामिति एक ही तारीख़ पर श्रीनगर की सर्दियों की धूप को चेन्नई की तुलना में कमज़ोर बनाती है।

त्वचा, खेत और छत पर लगे पैनल

सौर विकिरण का पराबैंगनी हिस्सा मात्रा में छोटा है पर जैविक रूप से बेहद असरदार। मानसून से पहले के महीनों में भारत, पाकिस्तान और बांग्लादेश के बड़े हिस्से में UV सूचकांक नियमित रूप से उन स्तरों तक चला जाता है जहाँ बिना ढकी त्वचा जल्दी झुलस जाती है; और जब तेज़ विकिरण ऊँची आर्द्रता के साथ मिल जाए, तो दोपहर में खुले में काम करना सचमुच ख़तरनाक हो जाता है।

खेती के लिए विकिरण आराम की बात नहीं, पौधे की बढ़वार में सीधे लगने वाला साधन है। मानसून की लंबी बादलदार अवधि बारिश देने के साथ-साथ प्रकाश संश्लेषण को सीमित भी करती है; और उत्तर भारत में रबी के मौसम की चमकदार, सूखी परिस्थितियाँ इस बात का एक कारण हैं कि वहाँ गेहूँ अच्छा होता है। मिट्टी और जलाशयों से होने वाला वाष्पीकरण भी विकिरण से ही चलता है, इसलिए सिंचाई की माँग को यह उतना ही आकार देता है जितना बारिश।

सौर बिजली के बारे में एक बात उलटी लगती है पर जानने लायक़ है: फ़ोटोवोल्टाइक पैनल गर्म होने पर अपनी दक्षता खो देते हैं। राजस्थान की मई वाली बेहद गर्म और बेहद चमकीली परिस्थितियाँ प्रति इकाई धूप उतना उत्पादन नहीं देतीं जितना सर्दियों का कोई ठंडा, साफ़ दिन दे देता है — तेज़ विकिरण और ऊँचा तापमान एक ही चीज़ नहीं हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले सवाल

क्या सौर विकिरण और तापमान एक ही चीज़ हैं? नहीं। विकिरण वह ऊर्जा है जो आ रही है; तापमान यह बताता है कि उसके असर से हवा कितनी गर्म हो चुकी है। हवा का तापमान विकिरण से दो-एक घंटे पीछे चलता है, इसीलिए दिन का सबसे गर्म हिस्सा आमतौर पर सौर दोपहर नहीं, बल्कि दोपहर बाद का समय होता है।

मानसून में मेरे सौर पैनल अप्रैल के मुक़ाबले कम बिजली क्यों बनाते हैं? मोटे मानसूनी बादल आती हुई किरण का अधिकांश हिस्सा पैनल तक पहुँचने से पहले ही परावर्तित कर देते हैं। भारत के बड़े हिस्से में सबसे अच्छा उत्पादन मानसून से पहले और मानसून के बाद के साफ़ दौर में होता है, भरी गर्मी के बीच नहीं।

बादल न हों तब भी क्या धुँध धूप रोकती है? हाँ। धूल और धुआँ किरण को बिखेरते और सोखते हैं, और सीधी धूप को कमज़ोर बिखरी रोशनी में बदल देते हैं। धुँधला आसमान देखने में चमकीला लग सकता है और फिर भी ज़मीन तक काफ़ी कम ऊर्जा पहुँचा रहा हो।

क्या बादल वाले दिन भी त्वचा झुलस सकती है? हाँ। पराबैंगनी किरणें पतले और टूटे-फूटे बादलों से दृश्य प्रकाश के मुक़ाबले ज़्यादा आसानी से पार निकल जाती हैं, इसलिए चमकदार आच्छादित दिन भी अच्छा-ख़ासा पराबैंगनी भार ला सकता है।

मैं अपने शहर की धूप और UV की स्थिति कहाँ देखूँ? मौसम ऑनलाइन के हर शहर पृष्ठ पर पूर्वानुमान के साथ बादल, धूप और UV सूचकांक दिखाए जाते हैं। जयपुर, अहमदाबाद, दिल्ली, चेन्नई, भोपाल या कोच्चि से शुरू कर सकते हैं।

संबंधित शब्द

• UV सूचकांक
• धूप
• तापमान
• वाष्पीकरण
• बादल आच्छादन
• साफ़ आसमान