ENERGIA SŁOŃCA

Słońce jest podstawowym źródłem energii dla naszej planety. Już w starożytności ludzie czcili je jako boga.

Promieniowanie słoneczne wykorzystywane jest bezpośrednio do produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej. Trzeba jednak pamiętać, że jest ono również wykorzystywane w procesie fotosyntezy przez rośliny, które następnie tworzą rezerwy biomasy. Energia paliw kopalnych, stanowiących obecnie główny surowiec energetyczny jest także energią pochodzącą od Słońca.
Przed milionami lat energia słońca docierająca do ziemi została uwięziona w węglu, ropie naftowej, gazie ziemnym itp.
Również słońcu zawdzięczamy energię, jaką niesie ze sobą wiatr czy fale morskie. Można także bezpośrednio wykorzystywać energię słoneczną poprzez zastosowanie specjalnych systemów do pozyskiwania i akumulowania energii słonecznej.

Promieniowanie słoneczne jest strumieniem energii wysyłanym równomiernie przez Słońce. Do zewnętrznej atmosfery Ziemi dociera promieniowanie o mocy 1,36 kW/m2. Wartość ta została nazwana stałą słoneczną. W atmosferze promieniowanie zostaje jednak osłabione w wyniku rozproszenia, odbicia i absorpcji na cząsteczkach pyłów i gazów. W przypadku energii Słońca najważniejszym parametrem określającym potencjał wykorzystania energii słonecznej jest jej ilość docierająca do powierzchni ziemi.

Całkowite promieniowanie składa się z następujących składowych:

• promieniowania bezpośredniego,
• promieniowania rozproszonego,
• promieniowania odbitego.

Promieniowanie bezpośrednie pochodzi od widocznej tarczy słonecznej, a jego kierunek padania jest uzależniony od aktualnej wysokości Słońca.

Promieniowanie rozproszone powstaje na skutek wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery i jest emitowane przez całą sferę.

Promieniowanie odbite od najbliższego otoczenia związane jest z występującymi elementami krajobrazu i architektury, które część padającego na nie promieniowania odbijają w kierunku rozpatrywanej powierzchni. Inne parametry wpływające na ilość dostępnej energii słonecznej to np. przezroczystość atmosfery.

PROMIENIOWANIE W POLSCE

Do oceny zasobów energii słonecznej dla danego obszaru korzysta się przede wszystkim z danych miesięcznych, rocznych a nawet wieloletnich. Dane te dla obszaru Polski są zbierane i analizowane poprzez sieć stacji aktynometrycznych i heliometrycznych prowadzonych przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Na podstawie wieloletnich badań zaobserwowano, że najczęściej notowane wartości promieniowania słonecznego bezpośredniego w całym kraju mieszczą się w granicach 600-800 [W/m2].

ILOŚĆ PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO W POSZCZEGÓLNYCH MIESIĄCACH

Niewątpliwą pomocą są również dane gromadzone w ramach wszelkich programów badawczych finansowanych przez Komisję Europejską np. danymi z bazy danych energii i mocy promieniowania słonecznego opracowanej w ramach Programu Badawczego Informatyzacji Społeczeństwa IST-1999-12245. Baza danych nosi nazwę SoDa (ang. Solar Energy and Radiation Database).
Udostępnione w komputerowej bazie SODA dane pochodzą z europejskiego systemu monitorowania i modelowania produkcji rolnej MARS (ang. JRC MARS crop monitoring system). Dane z bazy SODA można wykorzystać do sporządzenia oceny efektów eksploatacji słonecznych instalacji grzewczych. Dla sporządzenia takiej oceny niezbędna jest znajomość zasobów energii słonecznej zarówno na płaszczyznach nachylanych i płaskich, przy czym szczególnie przydatne są dane dotyczące płaszczyzn o orientacji południowej uznawanej za optymalną dla kolektorów słonecznych. Ponadto bardzo ważny jest rozkład dawek napromieniowania w ciągu roku. Zgodnie z danymi zaprezentowanymi poniżej (Ilość promieniowania słonecznego w poszczególnych miesiącach) na płaszczyznę poziomą w okresie kwiecień-październik pada 80-85% energii całorocznej.

Przy płaszczyźnie eksponowanej w kierunku południowym pod zmiennym okresowo kątem nachylenia możliwe staje się wykorzystanie 75-80% energii promieniowania. W okresie listopad-marzec mamy niską dawkę promieniowania całkowitego i w dodatku ze zwiększonym udziałem promieniowania rozproszonego, które jest mniej istotne w procesie pozyskiwania energii w kolektorach słonecznych. Powoduje to, że eksploatacja kolektorów słonecznych daje znikome efekty w tym okresie. Dlatego ważnym aspektem niezbędnym dla pełnej oceny zasobów energii słonecznej w różnych okresach jest spodziewana liczba dni z dawkami napromienienia przekraczającymi daną wartość progową. Maksymalna dawka dzienna napromienienia płaszczyzny nachylonej może osiągnąć 8,2 kWh/m2, przy czym tak sprzyjające warunki atmosferyczne zdarzają się niezwykle rzadko.

Sumy energii w poszczególnych latach różnią się od wartości średniej z okresu ostatniego dziesięciolecia nie więcej niż 8%.
Najkorzystniejsze warunki dla pozyskania energii słonecznej występują w okresie maj-sierpień.

Średnia wartość energii możliwa do pozyskania dla tego okresu z 1m2 wynosi 147 kWh. W okresie jesienno-zimowym ilość dostępnej energii jest wielokrotnie mniejsza i wynosi 22 kWh/m2.
Z uwagi na dużą zmienność ilości energii słonecznej w ciągu roku przy projektowaniu instalacji należy brać pod uwagę najgorsze warunki nasłonecznienia w celu zapewnienia wymaganej mocy w ciągu całego roku. Z drugiej strony przeznaczenie energii słonecznej do celów uzyskania ciepłej wody w okresie letnim w całości może wyeliminować potrzebę stosowania innych źródeł energii. Energia słoneczna nie jest w stanie pokryć pełnego zapotrzebowania na cele grzewcze w budynkach wzniesionych tradycyjnymi technologiami, wystarcza jednak na prawie całkowite pokrycie zapotrzebowania na c.w.u. od kwietnia do września.