Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział
advertisement
Analiza zasobów energii promieniowania słonecznego na terenie Podkarpacia. dr Krzysztof Markowicz, [email protected] 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 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. Roczna suma promieniowania [kWh/m 2] 1250 1000 750 500 250 0 0 10 30 34 50 70 o Kąt podniesienia kolektorów [ ] 90 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 90tych • 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 południowozachodniej 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
