Fotowaltaika: W polskich warunkach

Do rozwoju fotowoltaiki mamy dobre warunki, bo nie leżymy w sąsiedztwie koła podbiegunowego. Różnica pomiędzy najdłuższym i najkrótszym dniem wynosi tylko 9 godzin. Słońce w południe sięga nawet 61^o nad horyzontem, a średnio rocznie notujemy 1600 godzin, gdy tarcza słoneczna nie jest zasłonięta chmurami, dostarczając ogromnych ilości promieniowania. Promieniowanie całkowite osiąga wartości zbliżone do notowanych w bardzo wielu krajach świata i wcale nie tak znacznie niższe od występujących w słonecznych Włoszech czy Grecji. 

W Dubaju jest tylko 30 proc. więcej dostępnej energii słonecznej. Chmur mamy trochę za wiele, ale za to góry nie zasłaniają nam Słońca prawie w całym kraju. Mamy odpowiednie warunki, by sięgać po Słońce.

W Warszawie promieniowanie rozproszone stanowi średnio w roku ponad 40 proc. całkowitego. Waha się od 64 proc. w zimie, do 34-38 proc. na wiosnę i w lecie, kiedy chmury są mniej zwarte i nie hamują dopływu promieniowania bezpośredniego. Dla obszaru Polski potencjalne sumy roczne energii słonecznej wynoszą od 8400 MJ/m² (2340 kWh/m²) dla północnych krańców, do 9250 MJ/m² (2573 kWh/m²) dla południowych. Na granicy atmosfery nad szerokością geograficzną Warszawy suma ta wynosi 8768 MJ/m² (2438 kWh/m²).

Dane te są w Polsce uzyskiwane z pomiarów i obliczeń. Sieć pomiarowa obejmuje kilkanaście stacji należących do służby meteorologicznej (IMGW) oraz instytucji naukowych. Stacje rozmieszczone są w całym kraju od Wybrzeża (np. Łeba) do szczytów górskich (Śnieżka, Kasprowy Wierch). Dzięki temu można w Polsce uzyskać informacje o chwilowych i godzinnych wartościach bilansu radiacyjnego i jego składników, o ekstremach, sumach dobowych, pentadowych, dekadowych, miesięcznych, rocznych i wieloletnich. Dostępne są też prawdopodobieństwa wystąpienia poszczególnych wartości i przedziałów, co ułatwia planowanie instalacji.

Ilustracją potwierdzającą dostosowanie polskich warunków do możliwości wykorzystania energii słonecznej jest wykres z sumami tzw. usłonecznienia. Jest to czas podany w godzinach, podczas którego na określone miejsce na powierzchni Ziemi padają bezpośrednio promienie słoneczne.

Rys. Przebieg roczny usłonecznienia w Warszawie w latach 1961-1990 Źródło: IMGW

Na wykresie przedstawiono liczbę godzin ze Słońcem dla Warszawy w okresie klimatologicznym 1961-1990. Usłonecznienie, tzn. przedział czasu, w którym w Warszawie do powierzchni Ziemi dochodzi bezpośrednie promieniowanie słoneczne powyżej przyjętego progu 120 W/m², obejmuje 15-21 proc. wszystkich godzin roku. Widać jednak dużą zmienność z roku na rok, co pokazują udziały w latach o najgorszych warunkach usłonecznienia (min.) i w najlepszych (maks.).

Oprócz długości dnia i usłonecznienia na wielkość natężenia bezpośredniego promienio¬wania słonecznego wpływa też wysokość Słońca, przezroczystość atmosfery, zachmurzenie i opady. Analizując te uwarunkowania można generalnie potwierdzić obserwacje nie tylko z Warszawy, ale również z całego kraju, z wyjątkiem gór. Przypominamy, że wysokość Słońca w stolicy wynosi od 14,6° do 61,4°. Współczynnik przezroczystości atmosfery zmienia się od 0,20 do 0,44. Współczynnik 0,2 oznacza, że promienie słoneczne docierają do nas przez pięciokrotną grubość atmosfery, co wynika z małego kąta ich padania. Średnie usłonecznienie zmienia się od jednej godziny do prawie ośmiu godzin. Wartości ekstremalne występują w grudniu i czerwcu.

Tab. Średnie zachmurzenie na stacji Warszawa Okęcie, 1961-90 (w %) Źródło: IMGW

Natomiast średnie zachmurzenie nie wykazuje prostego biegu sezonowego. Rozumiane jako określony procent pokrywający sklepienie niebieskie przez chmury ma np. w Warszawie swoisty bieg, pokazany w tabeli. Stosowne dane z innych miejsc w kraju są dostępne w publikacjach elektronicznych IMGW. 

W bardzo znaczącym stopniu o różnicach regionalnych decyduje swoisty rozkład zachmurzenia. Zmiennym czynnikiem jest też fizyczna przezroczystość atmosfery, a więc obecność zamgleń, zmętnień oraz aerozoli pochodzenia naturalnego i sztucznego. Pomimo poprawy warunków aerosanitarnych w Polsce, w dużych i przemysłowych miastach warunki lokalizacji instalacji fotowoltaicznych są gorsze.

Uprzywilejowany jest region nadmorski, gdzie od kwietnia do września występują najwyższe wskaźniki promieniowania całkowitego i najwięcej godzin usłonecznienia. Pozytywnie wyróżniającym się regionem jest podlasko-lubelski ze względu na częsty napływ suchych mas powietrza z Ukrainy. Lubelszczyzna należy zatem do terenów, gdzie następuje korzystna koincydencja dobrych naturalnych warunków solarnych, z korzystną strukturą potencjalnych odbiorców energii. Najmniej korzystne warunki obserwujemy w regionach suwalskim, warszawskim, górnośląskim oraz górskim, zwłaszcza w niższych partiach, gdyż lepsze warunki solarne są na szczytach, szczególnie tych powyżej 1000 m n.p.m. W przypadkach Śląska i Warszawy zaważyło nie tylko zachmurzenie, ale i zanieczyszczenie powietrza. Stosunkowo korzystne warunki odnotujemy na pograniczu Kujaw, wschodniej Wielkopolski i północno-zachodniego Mazowsza.

Mgr inż. Maciej Juźwik