Naukowiec z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z ekspertami IMGW-PIB opracowali Atlas Energetyki Solarnej dla Polski (AES-PL). Narzędzie pozwala m.in. na dokładną czasoprzestrzenną ocenę zasobów energii promieniowania słonecznego i potencjału produkcji energii z instalacji fotowoltaicznych.

Atlas ma szczególne zastosowanie na etapie wyboru parametrów i realizacji inwestycji z zakresu instalacji fotowoltaicznej. Jego współtwórcą jest dr hab. inż. Jakub Jurasz, prof. uczelni z Wydziału Inżynierii Środowiska, a projekt był związany z realizacją grantu Opus Narodowego Centrum Nauki  „Metoda kwantyfikacji susz energetycznych źródeł odnawialnych w oparciu o dane historyczne i projekcje zmian klimatu”. Nasz naukowiec rozwija w nim nowe pojęcie suszy energetycznej, analizując wpływ zmian warunków meteorologicznych na możliwości generacji energii z OZE.

– Atlas możemy potraktować jako brakujący element w systemie informacyjnym i decyzyjnym dotyczącym polskiej energetyki odnawialnej. Do tej pory nasza wiedza o potencjale solarnym naszego kraju opierała się przede wszystkim na danych punktowych zbieranych w zaledwie 26 stacjach pomiarów radiacyjnych sieci IMGW-PIB oraz w pojedynczych placówkach naukowych – mówi prof. Jakub Jurasz. – Pomiary punktowe i interpolacja wyników lub rozeznanie na podstawie stacji referencyjnych nigdy nie zastąpią pełnego rozpoznania przestrzennego, a takie – i to spójne metodycznie dla całego obszaru Polski – oferuje AES-PL. Bez poznania zasobów, którymi dysponujemy, nie możemy rzetelnie rozmawiać o transformacji energetycznej, zwłaszcza jeśli chcemy ją przeprowadzić możliwie najbardziej efektywnie pod względem ekonomicznym czy też sprawiedliwości społecznej – dodaje.

Dekada obserwacji

Informacje zawarte w atlasie opierają się na danych satelitarnych obejmujących okres od 1 stycznia  2015 r. do 31 grudnia 2024 r. Analizowano je w 15-minutowych krokach i rozdzielczości przestrzennej trzech kilometrów. Oznacza to, że dla każdego punktu siatki obliczeniowej przetworzono zbiór przekraczający 350 tys. obserwacji. Dzięki Atlasowi można przeprowadzić szczegółową analizę nasłonecznienia i produkcji PV w skali godzinowej, dobowej i miesięcznej, a także przygotować ocenę jego zmienności w czasie.

– Analiza ostatnich dziesięciu lat potwierdza, że Polska jest krajem o satysfakcjonujących warunkach nasłonecznienia i nie odbiegamy na tym polu od Niemiec, choć z wyraźną zmiennością sezonową i w rocznikach. Teoretycznie moglibyśmy produkować więcej energii, ale warto pamiętać, że wraz ze wzrostem nasłonecznienia rośnie też temperatura pracy modułów, co przekłada się niestety na spadek ich sprawności. Musimy to uwzględniać w naszych modelach – wyjaśnia prof. Jurasz.

Najlepsze regiony dla fotowoltaiki

W trakcie prac nad atlasem eksperci skupili się jedynie na kilku produktach z pomiarów satelitarnych,  umożliwiających analizę wpływu parametrów meteorologicznych na produkcję energii. Warto pamiętać, że systemy satelitarne dostarczają wielu cennych danych, choćby informacji o wilgotności gleby, co jest kluczowe dla rolnictwa. Zadaniem zespołu było przetworzenie tych gigantycznych baz danych, w celu uzyskania odpowiedzi, na jaki realny zysk energii z instalacji fotowoltaicznych możemy liczyć w naszym regionie.

Przeprowadzone analizy potwierdziły wcześniejsze obserwacje, że ściana południowo-wschodnia (województwo lubelskie) oraz południowe części województwa opolskiego to regiony o najkorzystniejszych warunkach nasłonecznienia. To, co jest istotne i zostało wskazane w analizie, to zmienność przestrzenna dla fotowoltaiki w skali kraju, która wynosi około 10%. To ważna informacja dla inwestorów, bo chociaż różnice przestrzenne nie są drastyczne, to w skali dużych projektów mogą znacząco przełożyć się na efektywność danej instalacji. Oczywiście niebagatelną rolę odgrywa tutaj również kwestia dystrybucji zasobów – bliskości dużych odbiorców energii elektrycznej lub dostępna infrastruktura i moce sieci przesyłowych/dystrybucyjnych.

– Warto też pamiętać, że chociaż województwo lubelskie ma świetne nasłonecznienie, to dysponuje również glebami najwyższej jakości. Trudno sobie wyobrazić budowanie gigantycznych farm fotowoltaicznych na takich terenach, dlatego konieczne jest szukanie kompromisów, na przykład wykorzystując tereny o niższej klasie gleb (V i VI) lub integrując panele z architekturą – zaznacza naukowiec.

Optymalizacja i przyszłość narzędzia

Użytkownicy Atlasu mogą również porównać dziewięć wariantów konfiguracji, które odpowiadają najczęściej stosowanym ustawieniom paneli. Okazuje się, że kąt nachylenia 30-35 stopni i orientacja południowa nie zawsze będzie najlepszym rozwiązaniem.

– Zdarzają się sytuacje, że na przykład w słoneczne dni fotowoltaika produkuje tak dużo energii, że ceny na rynku stają się ujemne szczególnie w szczycie nasłonecznienia. W związku z tym instalacje skierowane na południowy zachód lub systemy wertykalne wschód-zachód mogą być wówczas bardziej opłacalne. Generują one więcej energii rano lub po południu, gdy zapotrzebowanie jest największe, a ceny energii wyższe – tłumaczy prof. Jurasz.

Atlas ma być w przyszłości aktualizowany i rozbudowywany o nowe funkcjonalności związane z próbą wytypowania lokalizacji, w których warunki nasłonecznienia cechują się jak najmniejszą zmiennością w czasie, a co za tym idzie, produkcja energii jest bardziej stabilna.

– Chcemy również dopracować wersję powiązaną bezpośrednio z prognozami produkcji energii elektrycznej dostępnymi dla przeciętnego odbiorcy. Chodzi o to, żeby można było sprawdzić prognozowane nasłonecznienie i oszacować produkcję energii z fotowoltaiki z przynajmniej jednodniowym wyprzedzeniem – zapowiada naukowiec.

Cyfrowa wersja Atlasu jest dostępna na stronie Laboratorium Modelowania Meteorologicznego IMGW.

mic