Mapa usłonecznienia w Polsce

Transkrypt

1 Akademia Pomorska w Słupsku Paulina Śmierzchalska, Maciej Chmielowiec Mapa usłonecznienia w Polsce Projekt CZYSTA ENERGIA

2 Promieniowanie słoneczne To strumień fal elektromagnetycznych i cząstek elementarnych docierający ze Słońca do Ziemi. Natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych granic atmosfery określone jest przez stałą słoneczną. Wielkość ta jest zdefiniowana dla średniej odległości Ziemia-Słońce i wynosi około 1366,1 W/m 2. Natężenie promieniowania słonecznego zmienia się w cyklu rocznym ze względu na zmiany odległości pomiędzy Ziemią a Słońcem w zakresie ±3,4%. Chwilowa wartość natężenia promieniowania słonecznego docierającego do górny granic atmosfery może być wyznaczona ze wzoru : Gdzie: F =F 0 [ 1+ 0,034 cos (2 ) ] F 0 oznacza stałą słoneczną dn określa kolejny dzień roku : dn = 1 pierwszy stycznia, dn = 2 drugi stycznia itd. Wpływ aktywności Słońca na natężenie promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi jest znacząco mniejszy i średnio w cyklu 11 letnim sięga około 0,1%. Energia słoneczna Energia słoneczna docierająca do ziemi to fala elektromagnetyczna. Fala ta ma różną długość. W zależności od długości fal wyróżniamy promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie widzialne oraz promieniowanie podczerwone. Promieniowanie ultrafioletowe - to fala o najkrótszej długości, stanowi ona najmniejszy procent całego promieniowania słonecznego. Ultrafiolet odpowiada za oparzenia słoneczne u ludzi i zwierząt, ma niszczące działanie na żywe komórki. Aby uchronić się przed tym szkodliwym promieniowaniem stosujemy kremy z filtrem UV. Co ciekawe, promieniowanie ultrafioletowe ma działanie bakteriobójcze. Promieniowanie widzialne - wywołuje u ludzi i zwierząt wrażenie świetlne- możliwość widzenia. Jest to po prostu światło widzialne. Promieniowanie podczerwone 2

3 - jest to promieniowanie cieplne, zwane podczerwienią. Długość fali jest dłuższa niż promieniowania widzialnego. Promieniowanie podczerwone stanowi największą część całego promieniowania i jest odpowiedzialne za odczuwanie ciepła. Ryc. 1. Promieniowanie słoneczne. Stała słoneczna, w rzeczywistości wcale nie jest wartością niezmienną. Wartość natężenia słonecznego zmienia się co 11 lat i zależy od aktywności słońca. Jednak są to niewielkie różnice i podaje jedną stałą wartość stałej słonecznej Nie cała energia słoneczna dociera do Ziemi. To co dotrze do powierzchni ziemi nie jest nawet połową. Promieniowanie słoneczne musi przejść przez atmosferę, gdzie spora część zostaje pochłonięta lub rozproszona. Kolejną barierą są chmury, od których promienie 3

4 słoneczne się odbijają, lub mogą też zostać pochłonięte przez chmury. Ostatnią stratą jest część promieniowania, która odbije się od powierzchni ziemi. Ryc. 2. Ilość promieniowania jaka dociera do Ziemi. Usłonecznienie Jest to podstawowa wielkość charakteryzująca promieniowanie słoneczne, którą mierzy się jako czas, w którym dany teren (w naszym przypadku cały kraj Polska) jest oświetlany bezpośrednio promieniami Słońca. Usłonecznienie mierzymy w godzinach. Jeżeli chodzi o analizy klimatyczne podaje się ten czas w sumach godzin np. w badanym miesiącu bądź roku. Pomiary usłonecznienia w ciągu dnia zależne są od czynników takich jak: czas od wschodu Słońca do jego zachodu, który zależy od daty oraz szerokości geograficznej. Dzięki nim możemy określić usłonecznienie maksymalne; czynniki meteorologiczne (chmury), które mają bardzo duży wpływ na dopływ promieniowania słonecznego. Promieniowanie to w kontakcie z chmurami ulega pochłonięciu i rozproszeniu; 4

5 rzeźba terenu. Pomiary powinno wykonywać się na terenie płaskim, który nie będzie zakłócał pracy przyrządu pomiarowego poprzez zacienianie go. Do rejestracji czasu trwania usłonecznienia służy heliograf. Ryc. 3. Heliograf Bardzo ważną częścią tego urządzenia jest szklana kula, która skupia promieniowanie słoneczne na umieszczonym w odległości ogniskowej odpowiednio wyskalowanym kartonowym pasku. Jeżeli Słońce świeci, a nie jest ono zasłonięte chmurami, na kartonowym pasku wypalany jest ślad. Usłonecznienie nie jest tym samym co nasłonecznienie. Są to dwa różne terminy, które obrazują dwa różne zjawiska. Nasłonecznienie to natężenie promieniowania słonecznego w czasie. Usłonecznienie natomiast jest głównie parametrem opisującym warunki pogodowe. Wykorzystuje się go również w energetyce słonecznej do 5

6 szacowania warunków pracy instalacji np. wyliczania godzin pracy pompy cyrkulacyjnej w kolektorach słonecznych. Warunki klimatyczne, które opisuje usłonecznienie determinują możliwość wykorzystania energii słonecznej oraz limitują opłacalny okres eksploatacji instalacji słonecznych. Cel pracy: Celem niniejszej pracy jest stworzenie mapy usłonecznienia Polski. Do wykonania niniejszej mapy wykorzystano dane udostępnione przez Ministerstwo Infrastruktury i Rozwoju, które zostały zebrane w przeciągu 30 lat na 61 stacjach meteorologicznych znajdujących się na terenie całego kraju. Pliki, z których korzystano zawierały typowe lata meteorologiczne oraz dane klimatyczne dla całego obszaru Polski. Dane pochodziły z lat od 1971 do 2000 roku. Uzyskane wyniki z 61 stacji zostały wprowadzone do programu Microsoft Excel 2010, gdzie zostały pogrupowane, następnie obliczono ilość godzin słonecznych (usłonecznienia). Tak przerobione dane wprowadzono do programu Surfer 8, który umożliwił stworzenie mapy z regularną siatką wartości. W programie tym wykorzystano metodę kriding, która pozwala na wykonanie map zawierających izolinie. Stworzono mapy przedstawiające roczne średnie usłonecznienie w Polsce oraz usłonecznienie pod względem czterech pór roku. 6

7 Wyniki: Ryc. 4. Średnie roczne usłonecznienie w Polsce Ryc. 5. Średnie usłonecznienie w okresie zimowym oraz wiosennym. 7

8 Ryc. 6. Średnie usłonecznienie w okresie letnim oraz jesiennym. Wnioski: Najwyższa wartość zaobserwowanej średniej rocznej ilości godzin usłonecznienia w Polsce wyniosła ponad 1250 h\rok i notowana jest w takich miejscowościach jak Racibórz czy Tarnów Najniższa wartość zaobserwowanej średniej rocznej ilości godzin usłonecznienia w Polsce wyniosła około 500 h\rok i odnotowana jest w takich miejscowościach jak np. Kołobrzeg, Mława lub Ustka. Największe obszary koncentracji usłonecznienia to Polska Południowa i Południowo-wschodnia. Na Pomorzu ilość godzin jest najmniejsza. Zainteresowanie energią słoneczną ciągle rośnie, a specjaliści upatrują w niej ogromne energetyczne perspektywy. Klimat Polski nie jest tak sprzyjający, jak w krajach południowych ale warunki pogodowe są bardzo zbliżone do występujących w Niemczech. Najpowszechniej stosowanym urządzeniem do pozyskiwania energii słonecznej jest kolektor słoneczny. Warunkiem funkcjonowania jest jego usytuowanie w dobrze nasłonecznionym miejscu. Przy słonecznej pogodzie może on pełnić swoją funkcję nawet w stosunkowo niskich temperaturach otoczenia. W standardowych rozwiązaniach płaskich kolektorów słonecznych temperatura absorbera i co za tym 8

9 idzie, czynnika grzewczego nie przekracza 100 C, jednak przy odpowiednich modyfikacjach można uzyskać nawet 190 C. Najkorzystniejsze jest wykorzystywanie kolektorów w systemach przygotowania ciepłej wody użytkowej i ocieplenia wody w basenach kąpielowych. Dodatkowo, z ekologicznego punktu widzenia energia promieniowania słonecznego jest najbardziej atrakcyjna spośród energii odnawialnych. Jej pozyskiwanie nie powoduje żadnych efektów ubocznych, szkodliwych emisji, czy zubożenia zasobów naturalnych, a instalowanie urządzeń głównie na obiektach architektonicznych, nie wpływa zasadniczo na krajobraz. Literatura: Dorota Matuszko " O terminologii dotyczącej promieniowania słonecznego" promieniowanie_s%c5%82oneczne.html mid=37 XdC8vntmko 9