Kompendium PV: nasłonecznienie

Kompendium PV: nasłonecznienie

             Podstawowym kryterium zasadności budowy instalacji fotowoltaicznych jest nasłonecznienie terenu. Warunki nasłonecznienia zależą od położenia geograficznego, pory roku oraz warunków klimatycznych danego regionu. Od nich zależne jest natężenie promieniowania słonecznego czyli wartość chwilowa gęstości mocy promieniowania padającego prostopadle na metr kwadratowy powierzchni, wyrażona w W/m2 bądź kW/m2.

             Na podstawie badań satelitarnych określono wartość natężenia docierającego do górnych warstw atmosfery ziemskiej nazywaną stałą słoneczną, która wynosi 1360 W/m2. Ilość, która dociera do samej Ziemi jest zmniejszona poprzez absorpcję promieniowania przez kolejne warstwy atmosfery.  Uwarunkowanej to jest między innymi temperaturą i przejrzystością powietrza czyli zawartością pary wodnej lub pyłów. Składowymi promieniowania słonecznego są:

 

      -promieniowanie bezpośrednie,

      -promieniowanie odbite – pochodzące od sąsiedniego otoczenia,

      -promieniowanie rozproszone – promieniowanie bezpośrednio ograniczone poprzez składniki atmosfery.

 

            W umiarkowanej strefie klimatycznej promieniowanie rozproszone ma szczególne  znaczenie. Szacuje się je na poziomie około 50% w okresie letnim do nawet 70 % w zimie. Dane dotyczące gęstości promieniowana odnotowuję się w stacjach aktynometrycznych a ich średnie prognozy oparte są na podstawie danych z wielu lat.

            Termin nasłonecznienia określa ilość dostarczanej energii na określoną powierzchnię w danym przedziale czasowym. Najczęściej wyrażane jest w kWh/m2 w czasie miesiąca bądź roku. W skali globalnej największe nasłonecznienie występuję na Półwyspie Arabskim oraz Saharze, szczególnie południowy Egipt, północny Sudan gdzie osiąga wartości 2500 kWh/m2 na rok. Najsłabiej nasłonecznione regiony to Syberia, Półwysep Skandynawski, północna Szkocja. Ilość energii ze słońca docierająca w te regiony wynosi 700-800 kWh/m2. W Polsce, w zależności od regionu nasłonecznienie wynosi  od 950 do 1200 kWh/m2/rok. Prawie 80% tej wartości osiągana jest podczas 6 miesięcy od kwietnia do września.

Rys. 3.1 Mapa średniego nasłonecznienia w Polsce w latach 1994-2016 [solargis.info]

 

           Nasłonecznienie za sprawą efektu fotowoltaicznego bezpośrednio przekłada się na energię elektryczną produkowaną przez moduły instalacji PV.  Zasadnicze znaczenie dla ilości energii wyprodukowanej przez generatory fotowoltaiczne ma kąt nachylenia ich płaszczyzny oraz zorientowanie jej względem południa. W szerokości geograficznej w której leży Polska najbardziej optymalny kąt ustawienia modułów wynosi 30 -35° jeśli celem jest maksymalizacja produkcji energii i kąt 60 -75° dla instalacji wyspowych gdzie głównym założeniem jest równomierne rozłożenie produkcji w skali roku. Nachylenie płaszczyzny modułu do kąta 70° w okresie listopad, grudzień, styczeń zwiększa dawkę napromieniowania z 50 kWh/m2 na 90 kWh/m2.

 

          Współczynnik AM (ang. Air Mass) określa odległość jaką ma do przebycia wiązka światła w warstwach atmosfery Ziemi nazywana optyczną masą atmosfery. Jej dugość zależy od kąta padania promieniowania na ziemię i jest najkrótsza pod kątem 90°. Grubość atmosfery przez jaką przechodzi promieniowanie do generatora  ma bezpośrednie znaczenie dla ilości wyprodukowanej energii.

 

Rys. 3.2 Współczynnik AM

 

          Bardzo przydatną bazą danych pomiarów nasłonecznienia jest dostępna online Photovoltaic Geographical Information System [13]. To niekomercyjne narzędzie opiera swoje wyniki na wieloletnich pomiarach natężenia promieniowania słonecznego, uwzględnia właściwości mas powietrznych, ukształtowanie terenu oraz optymalne nachylenie generatora. Jest łatwe w użyciu a wyniki są dokładne i wiarygodne, dzięki czemu jest często wykorzystywane przy projekcie i weryfikacji bilansu energetycznego instalacji fotowoltaicznej dla danej lokalizacji. Bardziej szczegółowe dane na temat nasłonecznienia w Polsce można znaleźć na stronach Ministerstwa Infrastruktury i Budownictwa. Publikowane tam są dane z 61 stacji Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Statystyczne dane klimatyczne dotyczące Polski są publikowane również na innych stronach rządowych między innymi Ministerstwa Inwestycji i Rozwoju. [14]

 

Rys. 3.3 Roczne nasłonecznienie, przedmieścia Lublina, dla kąta 30˚[PV GIS]

 inż. Bartosz Zaręba

Wróć