Warunki klimatyczne i meteorologiczne do wykorzystania energii promieniowania s³onecznego w warunkach Polski

Pompy ciep³a | O¶wietlenie LED, ¿arówki LED | Kolektory s³oneczne | Certyfikat energetyczny | Pod³ogówka

Warunki klimatyczne i meteorologiczne do wykorzystania energii promieniowania s³onecznego w warunkach Polski...

Warunki klimatyczne i meteorologiczne do wykorzystania energii promieniowania s³onecznego w warunkach Polski

 

dr Janusz Podogrocki

Zespó³ Aktynometrii

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

tel. (+48 22) 834 16 51 wew. 592

fax. (+48 22) 835 28 13

E-Mail: Janusz_Podogrocki@imgw.pl

Tu jest miejsce na reklamê.
Zobacz cennik

E-Mail: Janusz_Podogrocki@imgw.pl

1. Podstawy fizyczne aktynometrii

1.1 S³oñce jako ¼ród³o promieniowania

S³oñce jest ¼ród³em energii dla wszystkich procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodz±cych na Ziemi i w atmosferze, a jego promieniowanie najwa¿niejszym czynnikiem ¶rodowiskowym dla ¿ycia.

Ilo¶æ energii s³onecznej docieraj±cej w ci±gu 1 sekundy do powierzchni 1 m2, prostopad³ej do promieni s³onecznych i le¿±cej tu¿ poza atmosfer± w ¶redniej odleg³o¶ci Ziemi od S³oñca (149.5 mln km) nazywa siê sta³± s³oneczn±. Jej warto¶æ okre¶lono na 1367 +/- 7 W m -2. Sta³a s³oneczna zale¿y od odleg³o¶ci S³oñce - Ziemia, która zmienia siê w ci±gu roku od 147 mln km w styczniu do 152 mln km w lipcu powoduj±c wahania warto¶ci sta³ej s³onecznej +/- 3.4%. Znaj±c warto¶æ sta³ej s³onecznej mo¿na obliczyæ ile energii dociera³oby do powierzchni Ziemi na ró¿nych szeroko¶ciach geograficznych gdyby pomin±æ wp³yw atmosfery. Dla obszaru Polski potencjalne sumy roczne energii s³onecznej wahaj± siê od 8400 MJ m-2 (2340 KWh m-2)dla pó³nocnych krañców do 9250 MJ m-2 (2573 KWh m-2) dla po³udniowych.

Na granicy atmosfery nad szeroko¶ci± geograficzn± Warszawy suma ta wynosi 8768 MJ m-2 (2438 KWh m-2)

S³oñce wysy³a w przestrzeñ miêdzyplanetarn± promieniowanie elektromagnetyczne rozci±gaj±ce siê w zakresie d³ugo¶ci fal lub czêstotliwo¶ci od promieniowania gamma przez: rentgenowskie, ultrafiolet, widzialne, podczerwieñ, a¿ do fal radiowych. Atmosfera przepuszcza tylko czê¶æ promieniowania w dwóch przedzia³ach d³ugo¶ci fal: promieniowanie optyczne (obejmuj±ce czê¶æ ultrafioletu, widzialne i podczerwieñ) oraz fale radiowe.

Do powierzchni Ziemi nie dociera zupe³nie promieniowanie ultrafioletowe poni¿ej 290 nm (nanometrów). Ze wzglêdu na oddzia³ywanie biologiczne i chemiczne promieniowania ultrafioletowego dzielimy je na pasma:

  • 10 - 200 nm - nadfiolet pró¿niowy
  • 200 - 280 nm - daleki nadfiolet UV-C
  • 280 - 315 nm - ¶redni nadfiolet UV-B
  • 315 - 400 nm - bliski nadfiolet UV-A

Obszar widmowy 400 nm do 780 nm obejmuje promieniowanie widzialne, a powy¿ej 780 nm do 375 m m (mikrometrów) okre¶lamy jako promieniowanie podczerwone lub podczerwieñ. Promieniowanie Ziemi i atmosfery zawarte jest w obszarze widma 4 - 120 m m.

Przy przep³ywie promieniowania s³onecznego przez atmosferê nastêpuje jego odbicie, absorpcja i rozproszenie.

Promieniowanie s³oneczne dochodz±ce do powierzchni Ziemi podzieliæ mo¿na na dwie sk³adowe :

  • promieniowanie bezpo¶rednie, dochodz±ce z tarczy s³onecznej do powierzchni recepcyjnej
  • promieniowanie rozproszone w atmosferze, dochodz±ce ze wszystkich stron do powierzchni recepcyjnej

Pomiarami promieniowania s³onecznego zajmuje siê aktynometria, stanowi±ca czê¶æ meteorologii. Od 1981 roku pomiary promieniowania wykonywane s± w skali WRR - 1981 (World Radiometer Reference) odniesione do ¦wiatowego Wzorca Radiacji. Obowi±zuje miêdzynarodowy system jednostek SI: W m-2 i J m-2.

1.2 Promieniowanie s³oneczne w systemie Ziemia - atmosfera 

Promieniowanie s³oneczne trafiaj±c do systemu Ziemia - atmosfera powoduje powstanie w nim wielu procesów z których najwa¿niejszy to obieg energii i wody.

Rys. 1 Schematyczny diagram wzajemnego sprzê¿enia charakterystyk globalnego systemu klimatycznego

Jak przedstawiono na rys 1 (WMO nr 100, 1983) dop³yw promieniowania do powierzchni Ziemi powoduje nierównomierne nagrzanie siê jej fragmentów, wywo³uj±ce ró¿nice temperatur i ci¶nienia, które z kolei s± przyczyn± ruchu powietrza i wody, w wyniku czego powstaje cyrkulacja atmosferyczna oraz obieg wody przez parowanie i kondensacjê pary wodnej. W nastêpstwie za¶ wzajemnego oddzia³ywania g³ównych sk³adowych systemu klimatycznego (sprzê¿enia zwrotne), czynniki cyrkulacyjne, zwi±zane z procesami wewn±trz - atmosferycznymi (zmienno¶æ zachmurzenia i przezroczysto¶ci nap³ywaj±cych mas powietrza) odgrywaj± wa¿n± rolê w modyfikowaniu czasowo - przestrzennego zró¿nicowania ilo¶ci docieraj±cej do powierzchni pod³o¿a energii s³onecznej.

Ca³kowity dop³yw energii s³onecznej do powierzchni Ziemi jest do¶æ dok³adnie poznany i skoro nie jest pewne, czy przez stulecia Ziemia stawa³a siê wyra¼nie cieplejsza, b±d¼ ch³odniejsza, to mo¿na za³o¿yæ, ¿e dop³yw i oddawanie promieniowania musi siê stale równowa¿yæ. Bilans cieplny Ziemi mo¿na przedstawiæ w postaci równania:

Q* + QH + QE + QS + QM + Qf  = 0

Q*  - bilans radiacyjny

QH - przewodzenie i magazynowanie ciep³a w pod³o¿u

QE - turbulencyjna wymiana ciep³a jawnego

QS - turbulencyjna wymiana ciep³a ukrytego zwi±zana z parowaniem i kondensacj±

QM - ciep³o antropogeniczne zwi±zane z dzia³alno¶ci± cz³owieka

QF - ciep³o zu¿yte w procesie fotosyntezy

W bilansie tym ilo¶ciowo najwa¿niejsz± rolê odgrywa bilans radiacyjny, przedstawiaj±cy energiê docieraj±c± do Ziemi od S³oñca i wypromieniowan± przez Ziemiê do atmosfery.

W równaniu bilansu radiacyjnego powierzchni Ziemi :

Q* = (S + D)(1-a) + L - L 

K = S + D

K - promieniowanie ca³kowite

S - promieniowanie bezpo¶rednie S³oñca

D - promieniowanie rozproszone S³oñca i nieba

a - albedo

a = K / K 

L  - promieniowanie d³ugofalowe atmosfery

L  - promieniowanie d³ugofalowe Ziemi i odbite atmosfery

K  - krótkofalowe promieniowanie odbite

L* = L - L

L* - promieniowanie efektywne

przy czym:

w dzieñ Q* = K* + L*

w nocy gdy nie ma promieniowania s³onecznego Q* = L*

nas najbardziej interesuje promieniowanie ca³kowite i jego struktura. Wa¿n± charakterystyk± jest te¿ us³onecznienie tzn. czas trwania bezpo¶redniego promieniowania s³onecznego dochodz±cego do powierzchni Ziemi.

2. Pomiary promieniowania s³onecznego w Polsce

W Polsce pomiary i badania dop³ywu promieniowania s³onecznego do powierzchni Ziemi prowadzone s± na stacjach aktynometrycznych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej.

G³ównym zadaniem sieci aktynometrycznej jest dostarczenie informacji o rozk³adzie czasowym i przestrzennym oraz jako¶ci i ilo¶ci dop³ywaj±cej do danej powierzchni energii s³onecznej, jej przemianach i stratach poniesionych w wyniku oddawania ciep³a. Uzupe³nieniem sieci aktynometrycznej jest sieæ heliograficzna (rys 2) rejestruj±ca czas ¶wiecenia S³oñca (us³onecznienie).

Rys. 2 Sieæ stacji heliograficznych

 

Podstawê informacji aktynometrycznej stanowi± charakterystyki radiacyjne:

  • otrzymane z bezpo¶rednich pomiarów
  • obliczone w oparciu o wyniki pomiarów aktynometrycznych
  • uzyskane z obliczeñ w oparciu o znajomo¶æ innych elementów meteorologicznych

Parametry mierzone

  • promieniowanie rozproszone S³oñca i nieba
  • promieniowanie bezpo¶rednie S³oñca
  • promieniowanie ca³kowite
  • promieniowanie odbite i albedo powierzchni czynnej
  • integralny bilans radiacyjny powierzchni czynnej
  • bilans promieniowania krótkofalowego (promieniowanie poch³oniête)
  • bilans promieniowania d³ugofalowego (promieniowanie efektywne)
  • promieniowanie spektralne (w tym UV)
  • us³onecznienie

 Parametry obliczane na podstawie standardowych pomiarów aktynometrycznych

  • o¶wietlenie naturalne
  • promieniowanie aktywne w fotosyntezie (PAR)
  • d³ugofalowe promieniowanie atmosfery
  • przezroczysto¶æ atmosfery
  • napromieniowanie powierzchni pionowych i nachylonych ró¿nie usytuowanych

Parametry uzyskiwane na podstawie pomiarów meteorologicznych

  • promieniowanie ca³kowite
  • promieniowanie poch³oniête (PAR)
  • promieniowanie efektywne
  • bilans radiacyjny
  • wiarygodno¶æ informacji aktynometrycznej

Rodzaje informacji aktynometrycznej

  • Chwilowe i godzinne warto¶ci bilansu radiacyjnego i jego sk³adników oraz ekstrema
  • sumy dobowe, pentadowe, dekadowe, miesiêczne, roczne i wieloletnie
  • prawdopodobieñstwo wyst±pienia poszczególnych warto¶ci i przedzia³ów, modele statystyczne, nomogramy, mapy rozk³adów przestrzennych itp.
  • charakterystyki spektralne w tym PAR i UV
  • promieniowanie dop³ywaj±ce na ró¿ne nachylone powierzchnie czynne
  • wska¼niki aktynometryczne (np. transmisji, przezroczysto¶ci atmosfery, albedo)
  • okre¶lenie zasobów i stref

3. Uwarunkowania dop³ywu promieniowania s³onecznego
do pod³o¿a

3.1 Czynniki astronomiczne i us³onecznienie

Polska jest po³o¿ona w strefie klimatu umiarkowanego miêdzy 49 a 54.5 0 szeroko¶ci geograficznej pó³nocnej. Przedzia³ dzienny (czas od wschodu do zachodu S³oñca) obejmuje ponad 51% z 8767 godzin w ¶rednim roku, a pó³nocne krañce maj± ten okres o 24 h d³u¿szy ni¿ po³udniowe. W zimie po³udniowe krañce Polski maj± dzieñ d³u¿szy o prawie 1 godzinê od krañców pó³nocnych, natomiast w lecie jest odwrotnie. W czerwcu godziny dzienne na pó³nocy obejmuj± 71.5% godzin miesi±ca, w centrum Polski 69%, a na po³udniu 67%.
W grudniu sytuacja zmienia siê i na pó³nocy godzin dziennych jest tylko 29.5%, w centrum 31.7%, a na po³udniu 34.7%.

W celu zilustrowania podzia³u doby, w poszczególnych miesi±cach, na okresy pod wzglêdem przydatno¶ci ich dla potrzeb wykorzystania energii s³onecznej, przedstawiono histogramy dla Warszawy z okresu 1961 -1990 (rys 4 ).

Patrz±c od góry ka¿dego histogramu wyodrêbniono przedzia³ nocny, w danym miesi±cu,
w którym nie dochodzi energia s³oneczna. Poni¿ej, a¿ do podstawy histogram obejmuje godziny przedzia³u dziennego. Dla np. czerwca jest to ok. 500 h, z tego 216 h, to godziny w czasie których S³oñce jest zakryte przez chmury i do powierzchni Ziemi dociera wy³±cznie promieniowanie rozproszone nieba. Nastêpnie zaznaczono maksymaln± liczbê godzin ze S³oñcem (283 h ), ¶redni± (231 h) i minimaln± (175 h). W skali roku us³onecznienie, tzn. przedzia³ czasu w którym do powierzchni Ziemi dochodzi bezpo¶rednie promieniowanie s³oneczne powy¿ej przyjêtego progu 120 W m-2 obejmuje 15 do 21% wszystkich godzin roku.

Rys. 3 Przebieg roczny us³onecznienia w Warszawie w latach 1961 - 1990

Oprócz d³ugo¶ci dnia i us³onecznienia na wielko¶æ natê¿enia bezpo¶redniego promieniowania s³onecznego wp³ywa te¿ wysoko¶æ S³oñca, przezroczysto¶æ atmosfery i zachmurzenie.
W tabl. 1 podano dla Warszawy wszystkie te czynniki dla 15-go dnia ka¿dego miesi±ca. Zostan± one szczegó³owo omówione przy charakteryzowaniu przebiegu dobowego promieniowania s³onecznego.

Tabela 1 Czynniki astronomiczne dla 15-go dnia ka¿dego miesi±ca oraz ocena stanu atmosfery w okresie 1961 - 1990 w Warszawie

3.2 Tendencje zmian us³onecznienia

Rekordowym pod wzglêdem us³onecznienia w ostatnim stuleciu by³ w Polsce rok 1921, kiedy to w Ko³obrzegu zanotowano 2169 h, w Bydgoszczy 2100 h, a we Wroc³awiu 2237 h. Najwy¿sz± sumê miesiêczn± zanotowano na Helu w lipcu 1994 r (435 h). Wówczas w Warszawie pad³ te¿ rekord stulecia (381 h).

Zmienno¶æ sum rocznych us³onecznienia w Warszawie w okresie 1903 - 1998 przedstawia rys. 4.

Rys. 4 Us³onecznienie w Warszawie w okresie 1903 - 1998 

Aby zachowaæ ci±g³o¶æ serii przerwê w rejestracji us³onecznienia w okresie II wojny ¶wiatowej uzupe³niono na podstawie innych stacji meteorologicznych i dostêpnych obserwacji meteorologicznych prowadzonych w tym okresie w Warszawie. Sumy roczne us³onecznienia
w Warszawie wahaj± siê od 1241 h w 1903 r do 1898 h w 1921 r. ¶rednio 1600h. Obliczony dla Warszawy wspó³czynnik trendu jest ujemny i wynosi - 52 min/rok. Wyg³adzona krzywa przebiegu za pomoc± 10 - letnich konsekutywnych wskazuje, ¿e okres 1903 - 1998 mo¿na podzieliæ na przedzia³y : 1903 - 1944, kiedy to sumy roczne us³onecznienia by³y wy¿sze od ¶redniej wieloletniej, nastêpnie okres 1945 - 1990, kiedy by³y ni¿sze od niej i rozpoczêcie kolejnego okresu 1991 - ?, kiedy nale¿y przypuszczaæ, ¿e bêd± znów kszta³towa³y siê powy¿ej ¶redniej wieloletniej.

4. Ocena warunków solarnych Polski

4.1 Przebieg dobowy sk³adników bilansu radiacyjnego

Typowe dobowe przebiegi bilansu radiacyjnego i warto¶ci jego sk³adowych przedstawiono na rys. 5 dla bezchmurnego dnia letniego i zimowego w ¶rodkowej czê¶ci Polski (Sulejów j =510 21 N, l = 19 0 52 E, h npm. = 188 m).

Rys. 5 Przebieg dobowy sk³adników bilansu radiacyjnego w dniu bezchmurnym w Sulejowie

 

W nocy wystêpuje strata promieniowania, poniewa¿ promieniowanie s³oneczne nie uzupe³nia ubytku promieniowania d³ugofalowego. Straty te zale¿± od temperatury i zdolno¶ci emisyjnej powierzchni czynnej. Na stacjach meteorologicznych powierzchniê czynn± stanowi trawnik z ewentualn± pokryw± ¶nie¿n± w okresie zimowym.

Od wschodu S³oñca do jego kulminacji obserwujemy wzrost krótkofalowych sk³adników bilansu radiacyjnego, a nastêpnie powolny ich spadek a¿ do zachodu S³oñca. Na omawianym rysunku wyra¼nie zaznacza siê wp³yw d³ugo¶ci dnia i wysoko¶ci S³oñca nad horyzontem na obserwowane warto¶ci. W styczniu d³ugo¶æ dnia nie przekracza 8 h, a w czerwcu dochodzi do 16.5 h, natomiast wysoko¶æ S³oñca 29 stycznia osi±gnê³a 20.4 0 , podczas gdy 6 czerwca przekroczy³a podczas kulminacji 610 nad horyzontem.

Pomimo zbli¿onych w po³udnie warto¶ci bezpo¶redniego promieniowania S³oñca dochodz±ce- go do powierzchni prostopad³ej do kierunku padania promieni s³onecznych (844 Wm-2 - 6. VI i 811 Wm-2 - 29.I) powierzchnia horyzontalna otrzyma³a w tym czasie 280 Wm-2 w styczniu i 740 Wm-2 w czerwcu.

Suma dzienna promieniowania ca³kowitego by³a ponad 4 razy wy¿sza 6 czerwca (30 MJ m-2) od tej z 29 stycznia (7 MJ m-2). Udzia³ promieniowania rozproszonego w promieniowaniu ca³kowitym stanowi³ 20% - 6.VI i 27% - 29.I.96 r.

Albedo dla powierzchni trawnika wynios³o 24% 6. czerwca, a 56% 29 stycznia z uwagi na zalegaj±c± wówczas pokrywê ¶nie¿n±. Pe³ny bilans radiacyjny dla 6 czerwca by³ dodatni i osi±gn±³ 14 MJm-2, natomiast 29 stycznia tylko w ci±gu 5 godzin by³ dodatni, a suma dobowa by³a ujemna (1.2 MJm-2).

W dalszej czê¶ci niniejszego opracowania pominiemy sk³adniki bilansu radiacyjnego przynosz±ce straty w postaci promieniowania d³ugofalowego, poniewa¿ w zastosowaniach heliotechnicznych mo¿na wykorzystaæ materia³y umo¿liwiaj±ce przenikanie energii promieniowania krótkofalowego, ale ograniczaj±ce ucieczkê lub j± uniemo¿liwiaj±ce promieniowania d³ugofalowego.

Jak na to wskazuj± warto¶ci bezpo¶redniego promieniowania s³onecznego uzyskane w momencie kulminacji S³oñca na powierzchniê prostopad³± (811 Wm-2 - 29.I i 844 Wm-2 - 6.VI) mo¿na pozyskaæ znaczn± ilo¶æ energii s³onecznej w dniach o najs³abszym promieniowaniu s³onecznym zanotowanym na p³aszczy¼nie poziomej przez odpowiednie ustawienie powierzchni odbiorczej (k±t nachylenia i kierunek).

Rys. 6 Przebieg roczny promieniowania ca³kowitego

Promieniowanie ca³kowite jest t± pozycj± bilansu radiacyjnego, która obejmuje ca³± energiê s³oneczn± dochodz±c± do powierzchni Ziemi w zakresie promieniowania krótkofalowego. Dla heliotechniki jest to napromieniowanie s³oneczne na p³ask±, poziom± powierzchniê dochodz±ce z ca³ej pó³kuli niebieskiej. Jak to ju¿ powiedziano, sk³ada siê ono z promieniowania bezpo¶redniego i promieniowania rozproszonego. W przypadku, gdy nad punktem pomiarowym S³oñce jest zas³oniête przez chmury, wówczas warto¶æ promieniowania bezpo¶redniego wynosi zero, a dociera do receptora jedynie promieniowanie rozproszone.

Dla charakterystyki przebiegu rocznego promieniowania ca³kowitego wykorzystano dane dla Warszawy z okresu 1961 -1990 (rys. 7 ).

Rys. 7 Przebieg roczny ¶rednich i ekstremalnych sum miesiêcznych

 

Ze wzglêdu na d³ugo¶æ serii pomiarowej (30 - letni okres klimatologiczny) i po³o¿enie geograficzne Warszawy, dane te mog± byæ wykorzystane dla charakterystyki obszaru ¦rodkowej Polski. Na rysunku tym przedstawiono przebieg roczny ¶rednich i ekstremalnych sum miesiêcznych promieniowania ca³kowitego, zaznaczono te¿ przebieg promieniowania s³onecznego na górnej granicy atmosfery. Przebiegi wszystkich krzywych na tym rysunku, typowe s± dla prze- biegów promieniowania tej strefy szeroko¶ci geograficznych.

Najni¿sze sumy miesiêczne wystêpuj± w grudniu, pó¼niej rosn± do miesiêcy letnich i nastêpnie stopniowo malej± a¿ do grudnia. Sumy miesiêczne w grudniu wahaj± siê od 43 do 104, ze ¶redni± 62 MJm-2, co stanowi 1.3% sumy rocznej. Stopniowo rosn±c osi±gaj± najwy¿sze warto¶ci w czerwcu i lipcu. Najwy¿sz± ¶redni± miesiêczn± zanotowano w czerwcu (560 MJm-2), za¶ najwiêksz± amplitudê ekstremalnych warto¶ci od 395 do 686 MJm-2 w lipcu. Udzia³ ¶redniej sumy miesiêcznej czerwca w sumie rocznej wynosi ok. 16%. Okres od maja do sierpnia skupia ok. 58% sumy rocznej promieniowania ca³kowitego, podczas gdy od listopada do lutego tylko 8% tej sumy.

Rozwa¿aj±c przebieg roczny sum miesiêcznych promieniowania ca³kowitego w stosunku do tych sum na górnej granicy atmosfery mo¿na zauwa¿yæ, ¿e w grudniu do powierzchni Ziemi dochodzi w rejonie Warszawy ok. 21% promieniowania poza atmosferycznego, a od maja do sierpnia po ok. 44% w ka¿dym miesi±cu. Najwy¿sz± sumê miesiêczn± w okresie 1961 -1990, dochodz±c± do 57% promieniowania poza atmosferycznego zanotowano w sierpniu 1973 r.

W ci±gu roku do pod³o¿a w Warszawie dociera 3477 MJm-2 energii s³onecznej w postaci promieniowania ca³kowitego, obejmuj±cego po po³owie bezpo¶rednie promieniowanie S³oñca i rozproszone nieba. Udzia³ promieniowania rozproszonego w przebiegu rocznym stanowi od 47 do 48 w miesi±cach od maja do sierpnia (gdy przewa¿a promieniowanie bezpo¶rednie) do ponad 70% w grudniu i styczniu.

Sumy roczne promieniowania ca³kowitego w Warszawie wahaj± siê od 3161 MJm-2 w 1980 roku do 4013 w 1994 roku.

4.2 Próba regionalizacji i porównanie warunków solarnych krajów s±siednich

Po³o¿enie geograficzne Polski z grzbietami górskimi na po³udniu i Morzem Ba³tyckim na pó³nocy oraz nap³yw czêsto zmieniaj±cych siê mas powietrza, to warunki wp³ywaj±ce na charakter zachmurzenia, które w konsekwencji silnie oddzia³uje na przestrzenny rozk³ad promieniowania ca³kowitego w Polsce.

Okre¶lenie przydatno¶ci poszczególnych regionów Polski dla potrzeb energetyki s³onecznej oparto na takich kryteriach jak: liczba godzin ze s³oñcem, sumy miesiêczne i roczne promieniowania ca³kowitego, przezroczysto¶æ atmosfery (w tym wp³ywy antropogeniczne), albedo pod³o¿a, d³ugo¶æ i czas wyst±pienia nieprzerwanych okresów dop³ywu bezpo¶redniego promieniowania S³oñca oraz ocena warunków lokalnych.

Wydzielono 11 regionów, które uszeregowano wed³ug przydatno¶ci dla energetyki s³onecznej (rys. 8 ) :

Rys. 8 Regiony helioenergetyczne Polski

I Nadmorski

II Pomorski

III Mazursko - Siedlecki

IV Suwalski

V Wielkopolski

VI Warszawski

VII Podlasko - Lubelski

VIII ¦l±sko - Mazowiecki

IX ¦wiêtokrzysko-Sandomierski

X Górno ¦l±ski

XI Podgórski

Zdecydowanie najkorzystniejsze warunki solarne obserwujemy w pasie nadmorskim, gdzie
od kwietnia do wrze¶nia wystêpuj± najwy¿sze sumy promieniowania ca³kowitego i najwiêcej godzin us³onecznienia.

Skupienie w tym okresie ponad 70% ¶redniej sumy rocznej promieniowania ca³kowitego, która np. w Ko³obrzegu przekracza 3800 MJm-2 (1056 KWh m-2) ¶wiadczy o uprzywilejowaniu tego regionu.

Wyró¿niaj±cym siê te¿ regionem jest Podlasko - Lubelski ze wzglêdu na czêsty nap³yw suchych mas powietrza z nad Ukrainy. Najmniej korzystne warunki obserwujemy w regionach Podgórskim, Suwalskim, Warszawskim i Górno¶l±skim.

W regionach Górno¶l±skim i Warszawskim na ich przydatno¶æ rzutuj± zanieczyszczenia powietrza pochodzenia przemys³owego, natomiast w regionie Podgórskim wp³ywa zachmurzenie typu orograficznego, szczególnie uwidaczniaj±ce siê w czerwcu znacznie ograniczaj±c wówczas dop³yw bezpo¶redniego promieniowania S³oñca. W regionie tym ze wzglêdu na du¿e zró¿nicowanie wysoko¶ci npm zauwa¿a siê korzystniejsze warunki solarne na szczytach górskich, szczególnie tych powy¿ej 1000 m npm.

Porównanie warunków solarnych Polski z innymi krajami europejskimi przedstawiono w tabl. 2

Tabela. 2 Sumy roczne promieniowania ca³kowitego i us³onecznienia w wybranych miejscowo¶ciach

Miasto Po³o¿enie geograficzne Promieniowanie ca³kowite Us³onecznienie
  j0 N l0 E H npm. [MJ m-2 rok] [h]
Helsinki
St. Petersburg
Sztokholm
Kowno
Gdynia
Ko³obrzeg
Suwa³ki
Miko³ajki
Hamburg
Poczdam
Warszawa
Londyn
Kijów
Zakopane
Pary¿
Wiedeñ
Budapeszt
Rzym
60 0 19'
59 0 18'
59 0 21'
54 0 53'
54 0 31'
54 0 11'
54 0 06'
53 0 47'
53 0 39'
52 0 23'
52 0 16'
51 0 31'
50 0 24'
49 0 18'
48 0 49'
48 0 15'
47 0 26'
24 0 58'
30 0 18'
18 0 04'
23 0 53'
18 0 33'
15 0 35'
22 0 57'
21 0 35'
10 0 07'
13 0 06'
20 0 59'
0 0 07'
30 0 27'
19 0 57'
2 0 30'
16 0 22'
19 0 11'
48
72
30
73
22
16
193
127
49
110
130
77
121
857
50
202
130
131
3495
3369
3479
3744
3667
3830
3525
3636
3421
3643
3477
3402
4230
3556
4068
3881
4320
4968
1740
1700
1700
1700
1624
1618
1577
1598
1533
1677
1600
1530
1877
1464
1658
1716
1830
2445

W takich krajach jak Szwecja, Niemcy, Francja pracuj± ju¿ urz±dzenia wykorzystuj±ce energiê s³oneczn± i dlatego mo¿na stwierdziæ porównuj±c sumy roczne promieniowania ca³kowitego i us³onecznienia, ¿e warunki solarne Polski pozwalaj± na wykorzystanie ich do celów u¿ytkowych.

5. Mo¿liwo¶ci wykorzystania informacji aktynometrycznej

Gromadzone przez s³u¿bê aktynometryczn± Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej dane pomiarowe i przetworzone na ich podstawie informacje aktynometryczne znajduj± wielorakie zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki narodowej i dla celów naukowych. Dane te mog± byæ wykorzystane :

1. Do obliczeñ bilansu cieplnego powierzchni czynnej w tym:

  • danych o bilansie radiacyjnym i jego sk³adnikach 
  • do obliczeñ parowania z ró¿nych powierzchni czynnych
  • do oceny wilgotno¶ci gleby
  • do okre¶lenia temperatury powierzchni czynnej

2. Dla projektowania inwestycji i w budownictwie:

  • przy obliczeniach re¿imu cieplnego budynków
  • przy obliczeniach deficytu ciep³a
  • do obliczeñ temperatury ¶cian zewnêtrznych i innych konstrukcji os³aniaj±cych
  • do obliczeñ mocy systemów ogrzewczych i klimatyzacji
  • przy obliczeniach promieniowania s³onecznego dop³ywaj±cego do powierzchni wewnêtrznych i czasu ich nas³onecznienia
  • przy obliczeniach o¶wietlenia naturalnego
  • przy projektowaniu obiektów heliotechnicznych i heliotermicznych (S³oñce jako ¼ród³o energii)
  • konwersja fototermiczna
  • konwersja fotowoltaiczna
  • konwersja fotochemiczna

3. W planowaniu bie¿±cym i perspektywicznym:

  • do rozchodu paliw
  • czasu trwania okresu ogrzewczego
  • surowo¶æ okresu ogrzewczego
  • do planowania rozchodów energii elektrycznej

4. W codziennej dzia³alno¶ci organów gospodarki narodowej

  • w naukowej i praktycznej dzia³alno¶ci ró¿nych organów gospodarki rolnej
  • do oceny bilansu cieplnego pól rolnych
  • do obliczeñ parowania z pokrywy ro¶linnej, deficytów parowania, transpiracji i okre¶lenia potrzeb wodnych
  • do okre¶lenia produktywno¶ci fotosyntezy i urodzaju kultur rolnych
  • do planowania rozchodu wody (osuszanie, nawadnianie) i norm potrzeb wodnych
  • do obliczania temperatur powierzchniowych (max) np. dróg asfaltowych, nagrzewania siê przewodów, tajania ¶niegu, go³oledzi itp.
  • do obliczania temperatur optymalnych dla higieny przechowywania ¿ywno¶ci i jej transportu
  • wp³ywu spektrum s³onecznego na degradacjê materia³ów (starzenie siê tworzyw sztucznych)

5. Do oceny warunków bytowych cz³owieka i zwierz±t:

  • do okre¶lania wp³ywu promieniowania s³onecznego na stan cieplny i warunki dzia³alno¶ci ¿yciowej cz³owieka
  • do okre¶lania wp³ywu promieniowania s³onecznego na stan cieplny zwierz±t

6. W zakresie lecznictwa i profilaktyki

7. W systemie s³u¿by hydrologiczno - meteorologicznej:

  • do polepszenia jako¶ci danych o zachmurzeniu i stanie pogody
  • do oceny zmêtnienia atmosfery (suchej i czystej, zawarto¶ci wilgoci i aerozolu) i ogólnego t³a zanieczyszczenia atmosfery
  • do opracowania prognoz meteorologicznych i hydrologicznych
  • w ekspertyzach klimatologicznych
  • do racjonalizacji sieci aktynometrycznej

Artyku³ ten pochodzi ze "starego" serwisu ekologika.com i zosta³ po raz pierwszy opublikowany w 2001 r. W zwi±zku ze zmian± oprogramowania artyku³ ten publikujemy ponownie. Jednocze¶nie informujemy, ¿e jego poprzednia wersja *.html jest dostêpna w archiwum.

Powy¿szy tekst zosta³ pierwotnie wyg³oszony w ramach konferencji zorganizowanej przez Netmark Dom Ekologiczny. w 1998 roku.


Warunki klimatyczne i meteorologiczne do wykorzystania energii promieniowania s³onecznego w warunkach Polski

Promocje: