Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Energetyka solarna oparta na źródłach rozproszonych w miastach
Zastosowanie narzędzi GIS w ocenie lokalnych warunków solarnych

Solar energy sector development based on sources dispersed throughout the cities – the use of GIS tools in the evaluation of local solar conditions
Fot. www.sxc.hu

Tereny miejskie mają spory potencjał pozyskiwania energii odnawialnej. Wymagają jednak starannego rozpoznania zasobów oraz opracowania solidnej koncepcji wykorzystania i gospodarowania energią ze źródeł odnawialnych.

W przypadku energii słonecznej należy wyznaczyć najlepsze lokalizacje do zainstalowania ogniw fotowoltaicznych. Pomocne w tym mogą być systemy informacji geograficznej i odpowiednie modele.

Zobowiązania międzynarodowe, szczególnie dyrektywy Unii Europejskiej, stawiają Polskę przed trudnym wyzwaniem ograniczenia emisji zanieczyszczeń atmosferycznych oraz zwiększenia udziału energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w ogólnym bilansie energetycznym kraju. Wyznaczone cele wydają się trudne do osiągnięcia, ale opracowanie i wdrożenie nowatorskich koncepcji może ułatwić te zmagania.

Obszary miejskie stanowią miejsce konsumpcji ogromnej ilości energii. Dlaczego więc nie produkować jej na miejscu? Barierą może być cena gruntu pod inwestycje w mieście, ale warto poszukać rozwiązania również i tego problemu. Można na przykład wykorzystać niezagospodarowane powierzchnie dachów – inwestycje takie nie będą obarczone wieloma czynnościami biurokratycznymi, a w wielu wypadkach nie trzeba nawet się ubiegać o pozwolenie na budowę.

Przeczytaj koniecznie: Energetyczny audyt miejski. Czy można skutecznie zarządzać zużyciem energii w mieście? >>

Oczywiście nie ulokujemy na dachu elektrowni, ale warto już rozważyć instalację ogniw fotowoltaicznych (PV). Ważna jest kwestia wyboru najlepszej lokalizacji, tak żeby ogniwa dostarczały jak najwięcej energii, były blisko linii energetycznych itp. Z pomocą przyjdą tutaj systemy informacji geograficznej (GIS).

Czy panele fotowoltaiczne sprawdzą się w systemie zasilania budynku w energię elektryczną?

Dowiesz się podczas konferencji "Zespołu prądotwórcze i zasilacze UPS w systemach zasilania budynków w energię elektryczną".

Kolejna edycja już w 2016 roku.

SPRAWDŹ >>

Ocena warunków solarnych przy użyciu technik GIS

Żeby efektywnie wykorzystywać energię słoneczną, należy dobrze rozpoznać jej zasoby. Do tej pory, oceniając zasoby helioenergetyczne Polski, brano pod uwagę takie parametry jak: liczba godzin słonecznych, sumy miesięczne i roczne promieniowania, przezroczystość atmosfery oraz lokalne zróżnicowanie rzeźby terenu.

Podstawą wielu opracowań były dane aktynometryczne ze stacji pomiarowych, należy jednak pamiętać, że jest ich w Polsce niewiele, np. w województwie dolnośląskim stacje aktynometryczne znajdują się we Wrocławiu, Jeleniej Górze, Kłodzku, Legnicy oraz na Śnieżce. Z tego powodu opracowania oparte na interpolacji danych pomiarowych obarczone są dużym błędem.

Ze względu na dużą niedokładność opracowań opartych na danych ze stacji aktynometrycznych podjęto próbę stworzenia bardziej precyzyjnego modelu. W tym celu sięgnięto do możliwości, jakie stwarzają dziś programy z rodziny GIS – geograficznych systemów informacji. Programy te mają zaimplementowane modele fizyczne, dzięki czemu pozwalają na parametryzację elementów atmosferycznych, np. deklinacji słońca.

Obecnie istnieje kilka modeli przeznaczonych do obliczania dopływu promieniowania słonecznego. Jednymi z pierwszych były SolarFlux w ArcInfo [2] oraz Solei w systemie GIS IDRISI [8]. Ze względu na wykorzystywanie bardzo uproszczonych algorytmów oba modele sprawdzały się jedynie w przypadku obliczeń dla niewielkich regionów. Bardziej zaawansowanym modelem jest Solar Analyst w Arc View [1] oraz SRAD, który umożliwia uwzględnienie w analizach ukształtowania powierzchni oraz oddziaływania atmosfery, jednak sprawdza się dobrze tylko w odniesieniu do małych regionów [7].

Z kolei model r.sun pozwala na obliczenie ilości dopływającego promieniowania słonecznego na podstawie cyfrowego modelu terenu i parametryzacji procesów atmosferycznych [5, 6]. Jednym z celów badań autorki było oszacowanie możliwości zastosowania modelu r.sun w ocenie potencjału solarnego wybranego obszaru. Wątek ten obejmował prace mające na celu modyfikację istniejącego modelu w taki sposób, by uzyskiwane wyniki były jak najbardziej zbliżone do danych pomiarowych.

Charakterystyka modelu r.sun

W badaniach zastosowano model r.sun [3] stanowiący część systemu informacji przestrzennej GIS GRASS dostępnego na zasadzie licencji GPL (GNU General Public License). Wybrano program GRASS będący tzw. wolnym oprogramowaniem. Jego główną zaletą jest brak konieczności zakupu licencji oraz nieograniczone możliwości wprowadzania modyfikacji przez użytkownika. Kolejną zaletą jest szybkość pracy i możliwość korzystania podczas analiz ze skryptów w prostych językach programowania (python, bash).

Warto przeczytać: Technologia PV – moduły fotowoltaiczne >>

Model r.sun umożliwia obliczenie natężenia promieniowania bezpośredniego, natężenia promieniowania odbitego i natężenia promieniowania rozproszonego. Wielkość natężenia promieniowania słonecznego podawana jest w W/m2, natomiast sumy natężenia promieniowania słonecznego w Wh/m2.

Wszystkie dane wejściowe i parametry modelu opisano w publikacjach [9, 10, 11, 12]. W artykule poświęcono uwagę efektom analiz z zastosowaniem modelu r.sun na przykładzie miasta.

Praktycznym novum jest uwzględnienie w analizie zachmurzenia nieba oraz zmętnienia atmosferycznego wywołanego zanieczyszczeniami obecnymi w powietrzu atmosferycznym. Wyniki przedstawiają dzięki temu natężenie promieniowania słonecznego całkowitego w warunkach rzeczywistych.

Zastosowanie modelu r.sun w ocenie lokalnych warunków solarnych

Modelu r.sun użyto pierwotnie w celu opracowania map potencjału solarnego dla województwa dolnośląskiego. Podczas prac nad metodyką mającą na celu poprawę wyników obliczeń powstała koncepcja zastosowania tego modelu dla obszaru miejskiego.

Korzystając z opracowanej wcześniej metodyki, która pozwala uwzględnić zachmurzenie, zmętnienie atmosferyczne i deklinację słoneczną, wykonano obliczenia dla fragmentu Wrocławia. Dane opisujące geometrię budynków pochodzą ze stanu lidarowego, należy wspomnieć, że Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej dysponuje obecnie dokładniejszymi modelami miast (3D).

Oprócz obliczania ilości promieniowania docierającego do powierzchni dachów budynków model skutecznie wykazuje zmniejszanie się ilości docierającego promieniowania spowodowanego zacienieniem przez otaczające obiekty. Trwają obecnie prace nad uwzględnieniem wielkości zacienienia wywoływanego przez roślinność, jest to jednak zagadnienie złożone ze względu na sezonową zmienność zwartości koron drzew różnych gatunków.

Poniżej przedstawiono wyniki pracy modelu r.sun dla fragmentu Wrocławia. Analizę przeprowadzono dla całego roku, a uzyskane wyniki porównano z danymi pomiarowymi pochodzącymi z obserwatorium meteorologicznego Zakładu Klimatologii i Ochrony Atmosfery (ZKiOA) Uniwersytetu Wrocławskiego.

Rysunek 1 przedstawia wynik analizy natężenia promieniowania słonecznego całkowitego dla fragmentu Wrocławia w warunkach rzeczywistych. Prezentowana grafika sporządzona została dla godz. 12.00 10 września 2011 r. Czerwonym kolorem zaznaczono obszary zacienione – w obszarach tych godzinne sumy natężenia promieniowania słonecznego są niższe niż w pozostałych.

Technologia GIS umożliwia tworzenie map natężenia promieniowania słonecznego, w których uwzględniono zacienienie. Dodatkowo położenie i długość cienia rzucanego przez obiekty mogą być modyfikowane przez odpowiedni dobór współczynnika deklinacji słonecznej. Dzięki temu wyznaczona pozycja i długość cienia jest zgodna z rzeczywistymi parametrami. Jego położenie i długość zmienia się wraz z wędrówką słońca po niebie (rys. 2).

Również sumy dobowe i miesięczne promieniowania całkowitego uzyskiwane za pomocą techniki GIS są zgodne z danymi rzeczywistymi. W artykule porównano wyniki analiz z danymi ZKiOA (rys. 3).

Czytaj dalej: Wnioski >>

   07.10.2014

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
10/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Ogrzewanie obiektów przemysłowych
  • - Wentylacja domów jednorodzinnych
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl