Promieniowanie słoneczne zanim dotrze do powierzchni Ziemi musi przejść przez atmosferę ziemską. Atmosfera ziemska składa się w głównej mierze z azotu ( \( 78,084\% \) objętości), tlenu ( \( 20,946\% \)), argonu ( \( 0,934\% \)), dwutlenku węgla ( \( 0,0408\% \)) oraz pary wodnej, której zawartość ulega zmianie. Oprócz tych składników występuje jeszcze metan, wodór, tlenki azotu, związki siarki, ozon, radon, jod, amoniak i aerozole atmosferyczne (o średnicy 0,05-0,35 μm) w śladowych ilościach. Atmosfera powoduje, że promieniowanie na drodze do powierzchni Ziemi ulega zaabsorbowaniu oraz rozproszeniu.

Promieniowanie słoneczne ulega absorpcji i rozproszeniu (ang. diffusion) ( Rys. 1 ). Do powierzchni panelu PV, oprócz bezpośredniego promieniowania ze Słońca, dochodzi jeszcze światło odbite oraz składowa rozproszenia [1].
Promieniowanie słoneczne padające na powierzchnię Ziemi złożone jest z promieniowania bezpośredniego \( I_{b} \) (ang. beam radiation) i rozproszonego \( I_{d} \) (ang. diffuse radiation), zwanego czasem dyfuzyjnym lub promieniowaniem nieboskłonu ( Rys. 2 ). Promieniowanie rozproszone to promieniowanie słoneczne, które uległo rozproszeniu w atmosferze ziemskiej ( 1 ).

Jeżeli promieniowanie słoneczne pada na płaszczyznę odchyloną od poziomu Ziemi, to na promieniowanie składa się promieniowanie bezpośrednie \( I_{b} \), rozproszone \( I_{d} \) i promieniowanie odbite \( I_{od} \) od powierzchni otaczającego gruntu ( 2 ).

Na Rys. 2 oznaczono \( I_{b} \) – promieniowanie bezpośrednie, \( I_{d} \) – promieniowanie rozproszone, \( I_{\alpha b} \) – promieniowanie bezpośrednie padające pod kątem \( \alpha \), \( I_{\alpha o} \) – promieniowanie odbite od powierzchni otaczającego gruntu.
Promieniowanie dociera do powierzchni Ziemi przez różne grubości warstwy powietrza w zależności od położenia na kuli ziemskiej, a więc obserwowane jest różne natężenie promieniowania słonecznego ( Rys. 3 ).

Zmianę długości drogi promienia słonecznego S przez atmosferę ziemską przy zmianie kąta padania ϕ pokazano na Rys. 3.

gdzie kąt ϕ jest pomiędzy kierunkiem, w którym znajduje się Słońce, a kierunkiem zenitu.
Powoduje to zmianę mocy promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Obrazuje to fakt, że w różnych miejscach na Ziemi występują znacząco różne ilości energii słonecznej do wykorzystania przy konwersji na energię elektryczną.

Stosunek długości drogi przebytej przez promienie słoneczne przy promieniowaniu padającym pod pewnym kątem do długości przebytej drogi pod kątem prostym nazywamy liczbą masy powietrznej AMm (ang. Air Mass m). Jeżeli liczba masa powietrznej jest m=1, wówczas promienie słoneczne docierają do ziemi pod kątem prostym. Uproszczony schemat wyznaczania liczby masy powietrznej atmosfery przedstawiono na Rys. 4. Promieniowanie ponad atmosferą ziemską wynosi m=0 i oznaczono je jako AM0, promieniowanie na poziomie morza, gdy Słońce jest w zenicie, wynosi m=1 i oznaczono je AM1. Liczbę masy powietrznej w przybliżeniu określa się wzorem:

gdzie kąt ϕ jest pomiędzy kierunkiem, w którym znajduje się Słońce, a kierunkiem zenitu ( Rys. 4 ).
Jeśli istnieje potrzeba wyznaczenia liczby masy powietrznej z większą dokładnością, należy znać ciśnienie atmosferyczne, a następnie użyć wzoru ( 5 ) (oprac. własne) [2].

gdzie po=1013 hPa, p – aktualne ciśnienie atmosferyczne, hPa=100 Pa.
Dla Polski przyjęto liczbę masy powietrznej wynoszącą AM1.5 (szerokość geograficzna ok. \( 48_{}^{o}\textrm{} \)).

Różnice warunków oświetlenia w różnych miejscach na powierzchni Ziemi wymusiły standaryzację przeprowadzenia badań wszystkich paneli fotowoltaicznych w dokładnie [2] takich samych warunkach środowiskowych. Wprowadzono standard STC (ang. Standard Test Conditions). Określają one widmo promieniowania (AM1.5), natężenie oświetlenia – ilość energii padającej na 1 \( m^{2} \) w ciągu 1S (1000 \( \frac{W}{m^{2}} \)) oraz temperaturę w jakiej prowadzone są badania \( (25_{}^{o}\textrm{C}) \).