Energia słoneczna

Promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi jest podstawowym źródłem energii we wszystkich procesach fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących na powierzchni, atmosferze i wodach. Poza powszechną w przyrodzie konwersją fotochemiczną (w tym fotobiochemiczną, a w szczególności fotosyntezą), rozróżnia się dwa rodzaje konwersji energii promieniowania słonecznego (EPS), które są bezpośrednio użyteczne pod względem energetycznym, a mianowicie:

• konwersję fotowoltaiczną (przetworzenie EPS bezpośrednio na energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych - PV - photovoltaic);
• konwersję fototermiczną (przetworzenie EPS na ciepło).

Schemat zamieszczony powyżej obrazuje rodzaje konwersji energii słonecznej i ocenę perspektywicznych kierunków tych konwersji zastosowań w Polsce. Nie uwzględniono na nim takich zastosowań, jak np. destylacji wody, irygacji terenów rolniczych czy też chłodnictwa i klimatyzacji, gdyż nie mają one w chwili obecnej racji bytu w naszym kraju.

Charakterystyka promieniowania słonecznego w danym regionie określa możliwości i kierunki wykorzystania EPS w tzw. heliotechnice, czyli dziale techniki dotyczącym ww. konwersji EPS. Promieniowanie słoneczne osłabiane jest podczas przechodzenia przez atmosferę na skutek odbicia, rozpraszania i pochłaniania przez gazy i pyły. Część promieniowania docierająca bez przeszkód do powierzchni ziemi nazywana jest promieniowaniem bezpośrednim. Promieniowanie docierające natomiast na określoną powierzchnię ze wszystkich kierunków jest promieniowaniem rozproszonym (dyfuzyjnym).

• Istotnymi w energetyce wielkościami opisującymi promieniowanie słoneczne docierające przez atmosferę do powierzchni ziemi są:
• promieniowanie słoneczne całkowite [W/m²], będące sumą gęstości strumienia energii promieniowania bezpośredniego (dochodzącego z widocznej tarczy słonecznej) i rozproszonego; w przypadku powierzchni pochylonych składnikiem promieniowania całkowitego jest również promieniowanie odbite, zależne od rodzaju podłoża;
• napromieniowanie, zwane także nasłonecznieniem [J/m²] przedstawiające energię padającą na jednostkę powierzchni w ciągu określonego czasu (godziny, dnia, miesiąca, roku);
• usłonecznienie [h] będące liczbą godzin z bezpośrednio widoczną operacją słoneczną.

Średnia wieloletnia wartość usłonecznienia, zależnego również od zachmurzenia i przejrzystości atmosfery), jest największa dla Kołobrzegu: 1624 h/rok, dla Warszawy wynosi 1579 h/rok, zaś dla Zakopanego 1467 h/rok. Średnie roczne nasłonecznienie dla obszaru Polski, związane bezpośrednio z usłonecznieniem, będące funkcją wzniesienia terenu ponad poziom morza i zależne od regionu, wg różnych danych wynosi rocznie: dla Kołobrzegu 3832, Warszawy 3480, Zakopanego 3558 MJ/m². Jako normę dla Polski można przyjąć wartość napromieniowania całkowitego w ciągu roku wynoszącą 3600 MJ/m2 ± 10%.

Regiony helioenergetyczne Polski, podzielone pod względem przydatności dla potrzeb energetyki słonecznej na 11 regionów, ilustruje mapa na zdjęciu obok.