W ostatnich latach w Polsce obserwujemy znaczny wzrost inwestycji w zakresie instalacji paneli fotowoltaicznych. Dzieje się tak nie tylko dlatego, że przedsięwzięcie to jest dofinansowywane, ale przede wszystkim dlatego, że jego celem jest pozyskanie i wykorzystanie darmowej energii pochodzącej ze słońca, która, podobnie jak i inne odnawialne źródła energii (woda, wiatr, biomasa, pływy wodne, energia geotermalna), wpływa na ograniczenie emisji CO2 pochodzącej ze spalania paliw kopalnych, a tym samym zmniejsza zagrożenie związane z ociepleniem klimatu.
Zobacz naszą nowoczesną Mapę Geoportal360
Jednym ze sposobów ujarzmienia energii słonecznej i jej zamiany na energię elektryczną jest budowa paneli fotowoltaicznych, m.in. na dachach budynków miast i wsi. Darmową energię promieniowania słonecznego wykorzystuje się w kolektorach słonecznych do podgrzania wody lub w ogniwach fotowoltaicznych do produkcji prądu.
Czym jest i do czego służy mapa potencjału solarnego?
W ostatnich latach znacznie wzrosło wykorzystanie Odnawialnych Źródeł Energii. Popularność zyskały szczególnie systemy solarne oparte na wykorzystaniu energii słonecznej. Osoby, które są zainteresowane budową systemów solarnych – paneli fotowoltaicznych na swoim dachu bądź w ogródku, zastanawiają się czy montaż tego typu urządzeń przyniesie jakiekolwiek korzyści (nie tylko materialne) bądź czy warunki pogodowe m.in. takie jak nasłonecznienie w miejscu, w którym mieszkają, są dostatecznie dobre na posadowienie paneli słonecznych.
Tego typu pytania stały się między innymi inspiracją dla geodetów, którzy podjęli się stworzenia mapy solarnej, dzięki której podjęcie decyzji o budowie paneli fotowoltaicznych na połaciach dachów stało się łatwiejsze.
Zbudowana przez geodetów mapa potencjału solarnego pozwala sprawdzić powierzchnię dachu budynku oraz ilość energii, która pada na połać dachu w ciągu całego roku. Dane pozyskane z mapy potencjału solarnego pozwalają na oszacowanie opłacalności budowy paneli fotowoltaicznych na dachu właściciela obiektu.
W Polsce średnia ilość energii pochodzącej z promieniowania słonecznego jest szacowana na ok. 900 do 1000 kWh/m2 rocznie. Ilość tę można porównać do energii powstałej w wyniku spalania ok. 110 m3 gazu ziemnego lub 100 l oleju opałowego.
Przyjmuje się, że na ogrzanie metra kwadratowego powierzchni potrzeba rocznie od 100 do 150 kWh gazu.
Zastąpienie, chociaż w części, energii pochodzącej ze źródeł kopalnych, energią odnawialną, jest ogromną szansą na powstrzymanie procesu ocieplania się klimatu.
Jak sporządza się mapy potencjału solarnego?
Podstawę opracowania ”Mapy potencjału solarnego” (MPS) stanowi Numeryczny Model Pokrycia Terenu – NMPT, aplikacja ArcGis umożliwiająca wygenerowanie nasłonecznienia dachu budynków, dane meteorologiczne obszaru, dla którego tworzona jest mapa, (MPS) oraz serwer z dostępem do Internetu.
Numeryczny Model Pokrycia Terenu powstaje w wyniku lotniczego skaningu laserowego dzięki technologii Light Detection and Ranging – wykrywanie i zasięg światła, w skrócie LIDAR, bądź ALS (Airborne Laser Scaning – lotnicze skanowanie laserowe).
Skaning laserowy jest metodą obrazowania powierzchni terenu, polegającą na pomiarze odległości między obiektem objętym pomiarem a urządzeniem (skanerem) zainstalowanym na statku powietrznym, na samochodzie lub na stanowisku stacjonarnym, emitującym i odbierającym impulsy laserowe odbite od tego obiektu z jednoczesnym zaznaczeniem współrzędnych (XYZ) określających położenie tego urządzenia w przestrzeni.
Lotniczy skaning laserowy wykonywany jest z pokładu samolotu bądź śmigłowca, na pokładzie którego zamontowane są m.in.:
- dalmierz laserowy do pomiaru odległości,
- odbiornik,
- system planowania i zarządzania lotem,
- system inercyjny INS.
Instrumentami skanującymi są skanery laserowe, które skanując teren (obiekt) wysyłają w jego kierunku znaczną ilość promieni, odbijają się od terenu, obiektów skanowanych) takich jak budynki, drzewa, przewody napowietrzne.
„Sygnał pomiarowy stanowi wiązka świetlna pracująca w zakresie bliskiej podczerwieni, wytwarzana przez głowicę skanującą, której istotnym elementem jest obracający się pryzmat zmieniający w sposób kontrolowany ustawienie wiązki” (Geodezja. A. Jagielski).
Przy zastosowania algorytmu interpolacyjnego z chmury punktów (x, y, z) powstaje Numeryczny Model Pokrycia Terenu z uwzględnieniem budynków i innych obiektów budowlanych oraz roślinności (wysokiej i niskiej).
Numeryczny Model Pokrycia Terenu jest tworzony w postaci GRID (regularna siatka kwadratów) lub TIN (nieregularna siatka trójkątów) [Preuss, 2012].
Sporządzony dla Polski Numeryczny Model Pokrycia Terenu znajduje się w zasobach Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej (CODGiK) i jest udostępniany na wniosek w postaci cyfrowej, obejmującej pliki tekstowe zawierające współrzędne (XYZ) punktów w regularnej siatce o oczku 0, 5 metra dla obszarów miejskich i 1 metra dla pozostałych obszarów (standard I). Poszczególne pliki odpowiadają zasięgom arkuszy w układzie współrzędnych płaskich prostokątnych „1992” w skali 1: 5000 (1 arkusz 1: 10 000).
W Polsce do tworzenia map potencjału solarnego mogą być także wykorzystane produkty powstałe podczas realizacji projektu pod nazwą ”Informatyczny System Osłony Kraju” – ISOK, umożliwiający przeglądanie i analizowanie danych publikowanych przez IMGW – PIB w zakresie aktualnych ostrzeżeń meteorologicznych, hydrologicznych i map zagrożeń meteorologicznych (MZM).
Ten nowoczesny informatyczny system dostępny jest nie tylko dla administracji państwowej, ale także dla indywidualnych obywateli [www.isok.gov.pl].
W procesie budowy projektu ISOK wykorzystano bardzo dokładne dane przestrzenne, pozyskane metodą lotniczego skaningu laserowego, tj.: Numeryczny Model Terenu (NMT), którego dokładność wysokościowa sięga 10-15 cm oraz Numeryczny Model Pokrycia Terenu (NMPT).
Do stworzenia „Mapy potencjału solarnego” oprócz Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu niezbędne są dane meteorologiczne, analizy nasłonecznienia i zacienienia pochodzące z kilku lat.
Dane te są dość trudne do uzyskania, ponieważ, pomimo że istnieją wieloletnie zapisy meteorologiczne, to jednak brak jest w nich informacji na temat promieniowania słonecznego, zachmurzenia czy mgły.
Istotne wskazówki odnośnie wykonania analiz nasłonecznienia, zachmurzenia oraz mgły przedstawia Kamil Sukiennik w swoim artykule pt. „Typowe lata meteorologiczne i statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski do obliczeń energetycznych budynków” [Sukiennik, 2013]. Autor do tworzenia map solarnych wykorzystuje dane pochodzące z internetowej strony Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju.
Na podstawie Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu oraz bazy danych meteorologicznych, przy użyciu aplikacji Solar Radiaton (bądź innych dostępnych na rynku aplikacji – np. Lidar Online, LiS) dostępnych w oprogramowaniu ArcGIS wygenerowano nasłonecznienie połaci dachowych budynku dla średniego nasłonecznienia.
Gotowy produkt w postaci „Mapy potencjału solarnego” został umieszczony na stronach (np. dla miasta Poznań) Portalu Systemu Informacji Przestrzennej miasta, dla którego został sporządzony.
Jakie dane przedstawia mapa potencjału solarnego?
Mapa potencjału solarnego określa przede wszystkim ilość energii, którą można uzyskać ze słońca montując na danej połaci dachu panele fotowoltaiczne oraz rozkład energii słonecznej docierającej na powierzchnię dachu w poszczególnych porach roku.
Dzięki danym na mapie potencjału solarnego można przeprowadzić:
- kalkulację opłacalności inwestycji w panele fotowoltaiczne,
- kalkulację określającą ilość potrzebnych paneli fotowoltaicznych,
- kalkulację określającą czas zwrotu poniesionych nakładów na budowę instalacji fotowoltaicznej,
- kalkulację spodziewanych oszczędności z instalacji paneli słonecznych na połaci dachu.
Posiadając dostęp do danych ujętych na mapie potencjału solarnego można na połaci dachu wybrać najkorzystniejsze miejsce pod instalację paneli fotowoltaicznych.
Z treści mapy potencjału solarnego można się również dowiedzieć, czy na posadowienie paneli fotowoltaicznych na określonym dachu, konieczne będzie uzyskanie dodatkowej zgody, np. z tytułu posadowienia budynku w strefie zabytkowej.
Niektóre mapy potencjału solarnego podają również informację o zanieczyszczeniu powietrza pyłami PM 2,5 oraz PM10 w danej okolicy.
Z mapy potencjału solarnego dowiemy się również o ograniczeniach w zakresie budowy paneli fotowoltaicznych wynikających z przebiegu na danym obszarze linii wysokiego napięcia bądź drzew pomnikowych czy innych urządzeń.
Mapa potencjału solarnego może „podpowiadać”, czy dany dach może być przydatny do posadowienia na nim instalacji fotowoltaicznej, pomimo że ma już swoje lata.
W Polsce od jakiegoś czasu w przestrzeni publicznej funkcjonują mapy potencjału solarnego w takich miastach jak: Wrocław, Poznań, Katowice, Warszawa czy Bydgoszcz. Przykładowo, mapa potencjału solarnego sporządzona dla miasta Poznania pozwala na odczytanie potencjału solarnego dla konkretnego dachu o określonym identyfikatorze budynku.
Mapa potencjału solarnego stworzona m.in. dla m. Poznania została umieszczona na stronach Portalu Systemu Informacji Przestrzennej. Informacja w zakresie potencjału solarnego wywoływana jest na ekran komputera po dojściu do Portalu Systemu Informacji Przestrzennej, w którym umieszczona jest omawiana mapa.
Po otwarciu mapy potencjału solarnego, użytkownik, aby odczytać dane określone dla danego dachu powinien kliknąć kursorem w literkę „i”, a następnie najechać strzałką na dach budynku o określonym identyfikatorze. Czynność ta spowoduje wywołanie na ekran komputera etykiety zawierającej opis szczegółowy potencjału solarnego danego dachu.
Przykładowo, etykieta potencjału solarnego dla określonego miasta zawiera, następujące dane:
1. Wyniki obliczeń całkowitego promieniowania słonecznego [ITH] dla powierzchni dachu danego budynku ze wskazaniem:
- powierzchni dachu w m2,
- maksymalnego rocznego ITH w kWh/m2,
- średniego rocznego ITH w kWh/m2,
- minimalnego rocznego ITH w kWh/m2,
2. Wyniki obliczeń dla całkowitego promieniowania słonecznego dla powierzchni dachu z uwzględnieniem parametrów takich jak:
- maksymalny kąt nachylenia dachu np. >= 60 stopni,
- minimalne promieniowanie słoneczne np. >=822 kW/h/m2,
- pomijane połacie dachowe o wystawie N/W, N, N/E.
Dodatkowo na etykiecie danego dachu można odczytać:
- sumę rocznego ITH,
- średnioroczne ITH,
- minimalne roczne ITH
- maksymalne roczne ITH.
Na mapie potencjału solarnego przydatność dachu pod instalację fotowoltaiczną określa zróżnicowana kolorystyka od jasno żółtego po czerwony.
Dzięki powstaniu mapy potencjału solarnego każdy mieszkaniec miasta, w którym mapa jest dostępna, może określić potencjał swojego budynku w zakresie możliwości produkcji energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej.
Wykorzystanie map potencjału solarnego w świecie i Europie
Początki tworzenia map potencjału solarnego w Europie datuje się na lata 2001-2005. W tym okresie stworzony został system Fotowoltaiczny Geograficzny System Informacji PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) do obliczania bazy promieniowania słonecznego dla Europy i Afryki wraz z basenem morza Śródziemnego i Azją Południowo – Zachodnią.
Podstawowym celem programu było wsparcie i propagowanie wykorzystania energii słonecznej przez osoby zainteresowane instalacją ogniw fotowoltaicznych. System został zbudowany z użyciem oprogramowania GIS opartego na wykorzystaniu promieniowania słonecznego modelu r.sun pozwalającego na obliczenie natężenia promieniowania bezpośredniego, odbitego i rozproszonego.
W Polsce mapy potencjału solarnego powstały m.in. w takich miastach jak Wrocław, Poznań, Katowice, Warszawa czy Bydgoszcz. Głównym celem tworzenia map potencjału solarnego w miastach (w przyszłości być może i wsiach) jest zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych odpowiedzialnych za zmiany klimatu.
Świadomość ludzi w zakresie zagrożenia, jakie niesie za sobą ocieplenie klimatu wzmaga poczucie odpowiedzialności za przyszłe pokolenia. W obliczu zagrożenia dla ziemi, każdy świadomy człowiek, chciałby móc mieć wpływ na oddalenie tego zagrożenia. Jednym z wielu działań, które może przyczynić się do zmniejszenia dwutlenku węgla w atmosferze, odpowiedzialnego za ocieplenie klimatu, jest np. budowa paneli fotowoltaicznych na dachach.
Pojawiające się na stronach internetowych miast Poznania, Katowic, Bydgoszczy, Warszawy czy Wrocławia mapy potencjału solarnego mają określone zadanie. Dzięki danym ujętym na mapach każdy właściciel, posiadacz nieruchomości, może nie tylko zapoznać się z wartościami określającymi potencjał solarny swojego dachu, ale przede wszystkim w przypadku chęci budowy paneli fotowoltaicznych może określić przydatność swojego dachu do przeprowadzenia takiej inwestycji. Nie wszystkie, bowiem dachy nadają się do montażu paneli fotowoltaicznych. Z budowy paneli wyklucza się fragmenty dachów, na których z powodów technicznych bądź ekonomicznych, montaż paneli fotowoltaicznych jest nieuzasadniony. Dotyczy to przede wszystkim ograniczeń związanych z nachyleniem dachu, zbyt dużymi jego spadkami, orientacją geograficzną czy bardzo istotną przeszkodą, jaką jest zbyt mała wartość natężenia słonecznego w danym miejscu.
Mapy potencjału solarnego miast powstały na bazie Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu uzyskanego przy użyciu technologii skaningu laserowego (LiDAR), a analiza natężenia promieniowania słonecznego została przeprowadzona za pomocą algorytmów umożliwiającą automatyzację całego procesu.
Mapy solarne są stosunkowo młodym projektem. Póki co, mapy solarne funkcjonują w kilku miastach Polski, a ich wykorzystanie jest tym większe, im większa jest świadomość społeczeństwa, że tylko ograniczenie spalania paliw kopalnych może skutkować zmniejszeniem CO2 w powietrzu, a tym samym spowolnienie ocieplania się klimatu.
Mapy potencjału solarnego miast są upublicznione na stronach internetowych miast, korzystanie z nich jest bezpłatne.
Przeczytaj również: Ulga termomodernizacyjna – na czym polega, kto i kiedy może z niej skorzystać
Źródła:
Małgorzata Wawer „Słoneczny kataster, czyli mapa potencjału solarnego dla fragmentu miasta Bydgoszczy”
Zdjęcie: Unsplash.com
