Analiza zasobów energii promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia. dr Krzysztof Markowicz, kmark@igf.fuw.edu.pl dr Mariusz Szewczyk

Metodologia Analiza rozkładu przestrzennego zasobów teoretycznych została oparta o wyniki modelu transferu promieniowania w atmosferze. Wykorzystanie danych pomiarowych z dwóch dostępnych stacji pomiarowych gdzie wykonuje się pomiary promieniowania słonecznego (Lesko, Strzyżów) oraz usłonecznienia (Jasionka Przemyśl, Lesko) nie pozwoliłoby na uzyskanie zmienności przestrzennej. Wyniki obserwacyjne zostały wykorzystane do walidacji danych uzyskanych na podstawie obliczeń numerycznych. Dodatkowo w celu zbadania zmienności wieloletniej wykorzystano pomiary satelitarne.

model aerozoli atmosferycznych model chmur model aerozoli atmosferycznych parametry wejściowe parametry atmosfery (temp., H2O, O3) własności powierzchni ziemi Fu-Liou: model promieniowania natężanie promieniowania: całkowitego, rozproszonego, bezpośredniego.

Podkarpacie na tle kraju, dane z projektu satelitarnego CERES

Zmienność przestrzenna promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia – podział na strefy solarne. Podział sporządzony na podstawie średniego rocznego napromieniowania całkowitego oraz usłonecznienia. Rejon I – bardzo dobre warunki słoneczne Rejon II – dobre warunki słoneczne Rejon III – średnie warunki słoneczne Rejon IV – zmienne warunki słoneczne

Problem z promieniowaniem rozproszonym Do pomiarów promieniowania rozproszonego IMGW używa pierścieni cieniujących, które sprawiają iż detektory promieniowania nie mierzą znacznej części promieniowania nieboskłonu. Wymaga to stosowania specjalnych korekt, które jednak nie są wykonywane! Prowadzi to do zaniżania wartości promieniowania rozproszonego od 10 do 25% w zależności od warunków meteorologicznych.

Przebiegi dobowe Przebieg dobowy natężenia promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi związany jest z zmianą położenia Słońca oraz warunków atmosferycznych. W przypadku warunków meteorologicznych najważniejszy wpływ odgrywa dobowy cykl zachmurzenia, który uwidacznia się najwyraźniej w okresie letnim. Zachmurzenie osiąga minimum w godzinach nocnych i porannych, zaś maksimum w godzinach południowych oraz wczesno popołudniowych.

Promieniowanie całkowite w zależności od miesiąca oraz godziny czasu słonecznego

Wpływ orientacji kolektorów słonecznych Optymalny kąt podniesienia, dla którego uzyskiwane jest maksimum rocznego napromieniowania wynosi 34. Daje to około 12 % zysku w stosunku do powierzchni poziomej i około 28 % w stosunku do powierzchni pionowej. Największy zysk energetyczny uzyskuje się w przypadku powierzchni kolektora podążającej za Słońcem. Takie rozwiązanie techniczne pozwala wówczas na zabsorbowanie nawet o 40 % promieniowania słonecznego więcej niż w przypadku kolektora zorientowanego poziomo. Średnio w ciągu roku sumy energii promieniowania słonecznego od wschodu Słońca do południa lokalnego są o 7 % wyższe niż analogiczne sumy od południa do zachodu Słońca. Tym samym powierzchnie o orientacji wschodniej otrzymują wyższe sumy napromieniowania niż analogiczne o orientacji zachodniej.

Zmienność wieloletnia Analiza zasobów teoretycznych zastała przeprowadzona dla wartości klimatycznych (średnich wieloletnich). Nasz klimat jednak charakteryzuje się dużą zmiennością (z roku na rok) warunków meteorologicznych. Dlatego badanie zmienności czasowej promieniowania słonecznego na istotne znaczenie z punktu widzenia wykorzystania promieniowania słonecznego.

sumy natężenia promieniowania słonecznego w [kWh/m2] docierającego do powierzchni Ziemi oraz roczne usłonecznienie rzeczywiste dla Podkarpacia w okresie od 1984 do 2006 roku. Średnia międzyroczna zmienność natężenia promieniowania słonecznego wynosi dla Podkarpacia 3.7% zaś w przypadku usłonecznienia 9.2%

Względna zmienność (z roku na rok) miesięcznych sum natężenia promieniowania słonecznego w okresie 1984  2006. Miesiące I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII [%] 17.8 16.6 10.9 8.1 10.2 10.3 10.8 8.7 13.9 13.3 14.9 17.1 zmienność sum promieniowania w okresie zimowym jest znacząco większa niż w okresie letnim. wynika ona ze zmian zachmurzenia, które z kolei zależy od cyrkulacji powietrza. W okresie zimowym zmienność cyrkulacji jest większa niż w lecie. Jest to związane z tak zwaną oscylacją północno atlantycką NAO. Przy dodatniej fazie tej oscylacji dominuje w Polsce napływ wilgotnych mas powietrza, które przynoszą często duże zachmurzenie. W czasie fazy ujemnej powietrze jest suche i chłodne (zimą) i dlatego występuje więcej dni słonecznych.

Globalne zaciemnienie Zanieczyszczenia atmosfery redukują promieniowanie dochodzące do ziemi. Prowadzą w ten sposób do ochładzania klimatu. Jest to efekt przeciwny do efektu cieplarnianego. Efekt ten obserwowany był silnie w latach 80-tych i 90-tych W ostatnich latach ze względu na redukcje emisji zanieczyszczeń promieniowanie słoneczne nieznacznie rośnie. Nasila się więc niekorzystny wpływ efektu cieplarnianego prowadzący do ocieplania w skali całego globu.

Podsumowanie I Potencjalne zasoby energii promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia są dobre i bardzo dobre. Warunki słoneczne tu panujące są jednymi z najlepszych w kraju. Całkowite sumy roczne napromieniowania mieszczą się głównie w przedziale od 1040 do 1080 kWh/m-2. Najlepsze warunki solarne panują w południowo-zachodniej oraz środkowo-zachodniej części województwa gdzie sumy nasłonecznienia przekraczają 1070-1080 kWh/m-2. Najmniej korzystne warunki panują w części północno-wschodniej jednak i tak są one dobre w stosunku do obszaru całej Polski.

Podsumowanie II Zasoby roczne energii Słońca ze względu na zmienność warunków meteorologicznych wykazują wahania pomiędzy poszczególnymi latami na poziomie 4%. Optymalny kąt podniesienia kolektora słonecznego wynosi 34o co daje około 12% zysku energetycznego. Jednak zmiana tego kąta (redukcja w lecie oraz podniesienie w zimie) może zapewnić jeszcze większy zysk energetyczny. W przypadku zastosowania ruchomego kolektora podążającego za Słońcem zysk może sięgać aż 40%.

Anomalie pogodowe na Podkarpaciu 5.01.2008 Jasionka T=-10oC V=10 m/s: E RH=80% bardzo zimny wiatr wschodni Strzyżów T=+1oC (0oC) V=15-20 m/s: S RH=25% ciepły wiatr halny