Strona dla uczniów technikum

 

Strona główna

Galeria Mapa strony Historia Kontakt PSBiG Filmy  

Technik urządzeń i systemów energetyki odnawialnej

 

     Vademecum energetyki odnawialnej

Energia wód płynących Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru
Pompy ciepła Biomasa Biogaz Energia oceanów
Ustawy i rozporządzenia
Jesteś: Energia słonecznaZasoby energii słonecznej

Zasoby energii słonecznej

1.1 Słońce

1.2 Promieniowanie słoneczne

1.3 Energia promieniowania słonecznego

1.4 Natężenie promieniowania słonecznego w Polsce i na Świecie

 

1.1 Słońce


Słońce jest gwiazdą średniej wielkości nazywaną w terminologii astronomicznej "żółty karzeł". Posiada średnicę około 1,3 mln km i średnią gęstość 1,41 g/cm3.  Słońce składa się w 74% z wodoru i 25% z helu. Resztę stanowią inne pierwiastki. Temperatura na powierzchni Słońca wynosi 5500 
°C, natomiast w jego jądrze dochodzi do 10.000.000 °C. Gęstość i temperatura Słońca rosną bardzo szybko wraz z głębokością. W jądrze gęstość materii dochodzi już do 150 kg/ cm3, a panujące ciśnienie przekracza 1016 Pa. Warunki takie sprzyjają zachodzeniu reakcji syntezy jądrowej (przemiana wodoru w hel) z wydzielaniem ogromnych ilości energii. Średnia ilość energii wypromieniowywana przez gwiazdę w ciągu sekundy wynosi 3,827x1027 W. Z punktu widzenia energetyki ważniejsza jest emisja promieniowania w odniesieniu do 1m2 Słońca. Wartość ta wynosi około 63000 kW, przy czym z uwagi na odległość od Ziemi 150 mln km energia jaka dociera do naszej planety wynosi już "tylko" 1367W/m2. Jest to tzw. "stała słoneczna".

 

1.2. Promieniowanie słoneczne

 

Dociera do ziemi w postaci fali elektromagnetycznej o długości  od 0,1 - 10 μm. Z tego tylko część fali o długości 0,35-0,75 stanowi światło widzialne. Pod względem energetycznym największą ilość energii niesie ze sobą światło widzialne 46 % i promieniowanie cieplne (podczerwone) 47%. Resztę 7% stanowi nadfiolet (promieniowanie UV).

Oprócz fali elektromagnetycznej energia Słońca dociera do Ziemi także w postaci korpuskularnej jako tzw. "wiatr Słoneczny", powstający w wyniku wybuchów na Słońcu.  Efekty w postaci zórz polarnych są widoczne w górnych partiach atmosfery.

 

1.3. Energia promieniowania słonecznego

 

Ilość energii docierającej do powierzchni Ziemi jest mniejsza od stałej słonecznej z uwagi na straty energii po przejściu przez atmosferę. Straty te zachodzą wskutek odbicia (np. od chmur), rozproszenia czy absorpcji. Całkowita energia docierająca do powierzchni wynosi więc około 1000 W/m2.

Wartość ta dodatkowo ulega zmianie w zależności od pory roku i kąta padania promieni słonecznych. Im mniejszy kąt padania (mniejsza wysokość Słońca nad horyzontem) tym mniejsza ilość energii. Jest to związane z grubością warstwy atmosfery którą muszą pokonać promienie słoneczne przed dotarciem do ziemi. Zmianę natężenia promieniowania "I" dla szerokości geograficznej 52° (szerokość  geograficzna środkowej Polski), przedstawia rys. 2. Widać na nim, że największa gęstość strumienia słonecznego występuje w miesiącach letnich i wynosi około 900 W/m2, podczas gdy w zimie nie przekracza 200 W/m2.


 

1.4 Natężenie promieniowania słonecznego w Polsce i na Świecie

 

Średnie miesięczne i roczne sumy całkowitego promieniowania słonecznego w Polsce wykazują dość duże zróżnicowanie terytorialne. W Polsce największa liczba słonecznych godzin w roku jest na Wybrzeżu (1671 h/a, Gdynia), trochę mniej w Warszawie (1600 h/a), najmniejsza na Śląsku (1234 h/a, Katowice). Jako normę dla Polski przyjmuje się wartość napromieniowania całkowitego w ciągu roku 3600 MJ/m2±10% (1000 kWh/m2).  Dla wykorzystania energii słonecznej interesująca jest energia promieniowania, zmierzona na zdefiniowanej powierzchni. Wartość ta nazywana jest natężeniem promieniowania i wyraża się w określonej mocy przypadającej na daną powierzchnię.
Natężenie promieniowania podawane jest w jednostce Watt na metr kwadratowy (W/m2) i może być bardzo różne. Przy silnie zachmurzonym niebie wynosi ono około 50 W/m2, natomiast przy czystym niebie jego wartość dochodzi do 1 000 W/m2.

 Dla obliczenia, jaka ilość promieniowania słonecznego faktycznie zamieniana jest w energię cieplną, trzeba uwzględnić czas trwania promieniowania. Energia ta jest iloczynem mocy i czasu, jednostką jej miary jest watogodzina (Wh). Energia promieniowania całkowitego podawana jest w sumach dziennych, miesięcznych i rocznych. Maksymalne sumy dzienne wynoszą w lecie ok. 8 kWh/m2. Ale nawet w słoneczny dzień zimowy wartość ta może wynosić do 3 kWh/m2.
 Uśrednione sumy roczne promieniowania całkowitego (w kWh/(m2 × a), gdzie „a” oznacza rok) wynoszą w Polsce między 950 a 1 050 kWh/(m2 × a) (średnia długoterminowa). Poszczególne sumy miesięczne energii promieniowania całkowitego mogą odbiegać od wartości średniej nawet o 50%  , poszczególne sumy roczne do 30 %.

 

W porównaniu do reszty świata Polska wypada bardzo blado, plasując sie na samym końcu krajów z opłacalna insolacją. Nasze nasłonecznienie w najkorzystniejszych regionach Polski nie przekracza 1200W/m2, podczas gdy na południu Europy sięga 4000 W/m2 a w najbardziej nasłonecznionych miejscach globu przekracza 7000 W/m2. Pod względem inwestycyjnym prym wiedzie tutaj zachodnie wybrzeże Stanów Zjednoczonych i Arabia Saudyjska. Dużym zainteresowaniem inwestorów cieszy się tez Australia. Poniżej mapka globalnej insolacji.

 

 

Testy
Egzamin zawodowy
Materiały do zajęć
Ciekawe linki

 

 

 

 Internetowe liczniki