Analiza zasobów energii promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia.

(1)

(2)

Analiza zasobów energii

promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia.

dr Krzysztof Markowicz, kmark@igf.fuw.edu.pl

dr Mariusz Szewczyk

(3)

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.

(4)

parametry wejściowe parametry wejściowe

Fu-Liou: model promieniowania

natężanie promieniowania: całkowitego, rozproszonego, bezpośredniego.

własności powierzchni

ziemi własności powierzchni

ziemi

model aerozoli atmosferycznych

model aerozoli atmosferycznych model chmur

model chmur

parametry atmosfery (temp., H

₂

O, O

₃

)

parametry

atmosfery

(temp., H

₂

O, O

₃

)

(5)

Podkarpacie na tle kraju, dane z projektu

satelitarnego CERES

(6)

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

Zmienność przestrzenna promieniowania słonecznego

na terenie Podkarpacia – podział na strefy solarne.

(7)

(8)

(9)

(10)

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.

Prowadzi to do zaniżania wartości promieniowania rozproszonego od 10 do 25% w zależności od

warunków meteorologicznych.

(11)

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.

(12)

Promieniowanie całkowite w zależności od miesiąca oraz godziny czasu słonecznego

(13)

• 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.

Wpływ orientacji kolektorów słonecznych

(14)

0 250 500 750 1000 1250

0 10 30 34 50 70 90

Kąt podniesienia kolektorów [^o] Roczna suma promieniowania [kWh/m2 ]

(15)

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.

(16)

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%

(17)

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

Względna zmienność (z roku na rok) miesięcznych sum

natężenia promieniowania słonecznego w okresie 1984  2006.

Względna zmienność (z roku na rok) miesięcznych sum

natężenia promieniowania słonecznego w okresie 1984  2006.

• 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.

• 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.

(18)

• 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.

Globalne zaciemnienie

(19)

(20)

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.

(21)

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 34

^o

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%.

(22)

Anomalie pogodowe na Podkarpaciu

ciepły wiatr halny

bardzo zimny wiatr wschodni 5.01.2008

Strzyżów T=+1^oC (0^oC) V=15-20 m/s: S

RH=25%

Strzyżów T=+1^oC (0^oC) V=15-20 m/s: S

RH=25%

Jasionka T=-10^oC V=10 m/s: E

RH=80%

Jasionka T=-10^oC V=10 m/s: E

RH=80%