Hur solenergi påverkar effektiviteten av solenergisystem i Polen

I Polen, där klimatförhållandena är starkt påverkade av kontinentalt väder, varierar solstrålningens tillgång kraftigt över året. Under sommarmånaderna är solstrålningen som högst, medan den når sitt lägsta värde under vintermånaderna. Genomsnittlig solstrålning i Warszawa, den polska huvudstaden, uppgår till cirka 962 kWh/m² per år, vilket är relativt lågt jämfört med många sydligare regioner. Den högsta månadsgenomsnittliga solstrålningen uppmätts i juni med 160 kWh/m², medan den lägsta registreras i december med endast 11 kWh/m².

Denna stora variation mellan vinter och sommar illustreras tydligt i de diagram som visar den dagliga fördelningen av den genomsnittliga timvisa solstrålningen. Det är uppenbart att den största effekten på solenergin i Polen inte bara beror på de astronomiska faktorerna som solens höjd över horisonten och dagens längd, utan även på atmosfärens genomskinlighet och molnighet. Dessa faktorer orsakar stora fluktuationer i solens tillgång, särskilt under vintermånaderna.

En viktig aspekt att förstå när det gäller solenergi i Polen är hur lutningen på ytor som är utsatta för solens strålning påverkar den totala mängden energi som kan samlas in. Den största mängden solstrålning uppnås genom att orientera ytan mot söder, men med en viss lutning som varierar beroende på årstid. Under sommaren är ytor med en liten lutning, omkring 10–15°, mest effektiva för att samla solenergi. Ju större lutning ytan har, desto mindre blir solenergiintaget. På vintern är situationen omvänd – här är den bästa lutningen mellan 50° och 70° riktad mot söder.

Vidare påverkar den lokala miljön och föroreningarna i en region också tillgången på solenergi. Föroreningar, särskilt i urbana områden, kan minska solens genomträngande förmåga och därmed minska den tillgängliga solenergin. En karta som publicerades för över trettio år sedan visade hur solenergiåtkomsten varierade i Polen beroende på lokala klimatförhållanden och miljöpåverkan, vilket ger en mer detaljerad bild av hur olika regioner kan dra nytta av solenergi.

För att optimera användningen av solenergi i Polen krävs anpassade lösningar beroende på både de klimatologiska och lokala miljöförhållandena. Det är också viktigt att beakta att solpaneler och solkollektorer, särskilt i kallare klimat, ofta måste förses med frostskydd för att säkerställa effektiv drift under vintermånaderna. För solpanelssystem är det därför avgörande att installationen sker med hänsyn till lokala förhållanden, såväl som solens rörelser under året.

De mest effektiva solenergisystemen i Polen kommer troligen att vara de som inte bara tar hänsyn till solens direktstrålning, utan också till den diffusa strålningen som är särskilt framträdande under vintermånaderna. Därmed krävs noggrann planering och förståelse av lokala klimatförhållanden, lutning och orientering av solpaneler för att säkerställa högsta möjliga energiutvinning året runt.

Hur klimatförhållanden påverkar solenergi och byggnader: En genomgång av Brasilien och fotovoltaisk teknologi

Klimatgrupper A och B kännetecknas av en genomsnittlig årlig temperatur över 25 °C. Nederbörd över 3000 mm representerar underklimat som Af, Am, Cfa och Cfb. Årlig nederbörd är högre i den norra delen av landet, medan regn och temperatur minskar mot söder. Meteorologiska variabler som temperatur och solstrålning, samt de semi-arida klimatzonerna (B), uppvisar de högsta nivåerna av solstrålning (över 2250 kWh/m²), följt av ekvatoriella zoner (A), som har årliga strålningsnivåer mellan 1750 och 2250 kWh/m². Dessa faktorer förstärker att fotovoltaisk energi är ett utmärkt val för elektricitet i hela Brasilien.

Solenergi och den fotovoltaiska potentialen är i stor utsträckning koncentrerade till de nordöstra, sydöstra och centrala delarna av Brasilien, även om högre temperaturer förekommer i vissa områden. Kustnära områden i söder kan ha problem med fukt och moln, vilket minskar solenergiutnyttjandet. Trots detta kan fotovoltaiska system fortfarande vara en viktig energikälla i dessa regioner. Stora urbana befolkningscentra erbjuder också lämpliga solresurser för fotovoltaik i byggd miljö.

Det mest centrala när det gäller byggnader och solenergi är att solenergi måste kombineras med energieffektivitet för att uppnå bästa resultat. Energieffektivitet är den mest kostnadseffektiva och påverkar direkt både byggnadens energiförbrukning och kostnader. Att integrera solenergi i byggnader kan också minska behovet av energi från andra källor, vilket gör det möjligt att optimera användningen av fotovoltaisk teknologi i byggd miljö.

Byggnaders typ, struktur, design, användning och lokalisering spelar en avgörande roll för att effektivt kunna använda solenergi för elförsörjning. Klimatförhållandena och tillgången på solstrålning är avgörande faktorer när man dimensionerar fotovoltaiska system och anpassar teknologin. En viktig aspekt i urbana miljöer är den skuggning som orsakas av höga byggnader, vilket kan begränsa solenergiutnyttjandet. Byggnaders form och orientering är kritiska för att kunna utnyttja solenergin effektivt, men i städer leder vertikal byggnation till små takytor och stora fasader, vilket gör det svårt att generera tillräcklig solenergi. I låg-latitudsländer som Brasilien har taken stor potential för att utnyttja solenergi, men detta begränsas ofta av skuggning från omgivande byggnader.

I de flesta fall har höga byggnader med stora fasader betydligt mindre solstrålning än låga byggnader med större takytor. För bostadssektorn representerar en- och flerfamiljshus 88% respektive 11% av alla bostäder i Brasilien, där även möjligheten att installera fotovoltaiska system varierar beroende på byggnadens utformning. I Brasilien finns det också stora skillnader mellan att bo i städer, förorter och på landsbygden, där de klimatologiska förhållandena och byggnadsstilar påverkar hur solenergi kan integreras.

Byggnader och deras energiförbrukning är också en viktig faktor när man ser till möjligheterna för solenergi. Kommersiella och offentliga byggnader är de största elförbrukarna inom byggsektorn och förväntas stå för 70% av den slutliga energiförbrukningen fram till 2031. Samtidigt använder Brasilien mycket naturgas för uppvärmning och för vattenuppvärmning i bostäder, vilket gör att fotovoltaiska system kan vara en betydande del av energiomställningen. Den årliga ökningen av elektricitetsförbrukningen i både kommersiella och bostadssektorerna visar på ett växande behov av effektiva lösningar för att möta framtidens energibehov, särskilt i stadsområden.

Hur kan nya BIPV-teknologier förbättra byggnaders energieffektivitet genom högtransparenta solfönster?

Tillverkningen av stora BIPV-paneler (byggintegrerade solpaneler) med en yta över 2 m² är endast möjlig när man använder laminerade monokristallina kiselplattor (eller laminerade substrat av tunnfilmssolceller) mellan glasplattor, vilket täcker en stor del av den visuella öppningen. Detta beror på begränsningar i upplösning och räckvidd hos de industriella laserstruktureringsmaskiner som används för att ta bort halvledarmateriallager från delar av substratets yta. Samma problem uppstår med litografiska processer som används för att deponera fina ledningsnät. Med ökad tjocklek på det främre glaset som används för att laminera konventionellt monokristallinsilikon, vilket kan vara nödvändigt för att uppfylla säkerhetskrav (t.ex. vindlastmotstånd eller för att säkerställa gångbarhet på tak), minskar modulerna snabbt i effektivitet när glasets tjocklek överstiger ca 3 mm. Detta beror på geometrisk skuggning, ljusets spridning och absorption av glaset samt brytning och reflektionsförluster.

I takt med att nya materialrelaterade framsteg görs, ökar effektiviteten hos solcellssystemen, och nya material som perovskiter, kesteriter och färgämneskänsliga solceller föreslås för BIPV och fönsterintegrerade solsystem. Dock krävs nya tillvägagångssätt för att bredda utbudet av tillgängliga PV-glassprodukter och förbättra energieffektiviteten, särskilt för tillverkare som strävar efter att utveckla högtransparenta, skalbara solfönster med hög effektivitet som kan efterlikna vanliga fönstertyper, samtidigt som de genererar elektricitet.

För att utveckla solfönster med hög transparens och högre effektivitetsnivåer krävs inte bara nya funktionella material, utan också förändringar i strukturen hos solceller integrerade i glas. Ett intressant tillvägagångssätt är användningen av luminescerande solkoncentratorer (LSC), som kombineras med de senaste framstegen inom materialvetenskapen för tunnfilmssolceller och fotonik. LSC-system förbättrar sannolikheten att fånga inkommande fotoner och ökar den kvantmekaniska verkningsgraden för omvandling till elektricitet. För att optimera sådana system är det viktigt att beakta de grundläggande avvägningarna och teoretiska gränser som beskrivits inom forskningen. Genom att installera små PV-moduler nära systemets kanter kan man minska den geometriska vinstfaktorn men samtidigt förbättra den totala ljusfångseffektiviteten.

För att maximera prestandan hos LSC-baserade solfönster krävs en noggrann balans mellan olika optiska och materialrelaterade egenskaper. Detta inkluderar val av lämpliga luminoforer och ljusspridande material för att förbättra den spektrala överensstämmelsen mellan de ljusomvandlade emissionerna och solcellerna. Det är också viktigt att förstå att de optiska koncentrationsfaktorerna för de flesta LSC-enheter hittills har varit under en enhet (Copt < 1), vilket innebär att en del av den inkommande ljusenergin går förlorad i systemet.

Vid designen av högtransparenta solfönster är det viktigt att också tänka på den globala utvecklingen för att effektivt minska koldioxidutsläpp i byggd miljö. I byggnader med hög andel fönster i förhållande till väggar kan installation av solfönster vara ett av de enda möjliga sätten att decarbonisera, även om den elektriska effekten per ytenhet är en bråkdel av vad traditionella solpaneler eller väggmonterade BIPV-system kan generera.

Hur kan solenergi omvandla Egypten? Utmaningar och möjligheter för en hållbar framtid

Egypten har genomfört en rad initiativ för att öka användningen av förnybar energi, och solenergi har blivit en central del av dessa strategier. Landets naturliga förutsättningar för solenergi är exceptionellt gynnsamma, och enligt estimat kan Egypten producera över 74 miljarder MWh per år genom solenergi, vilket är långt mer än den nuvarande elproduktionen. Målet är att öka andelen förnybar energi i energimixen till 22% år 2022 och 42% år 2035. Detta visar på en tydlig politisk vilja att minska beroendet av fossila bränslen och sänka koldioxidutsläppen, som för närvarande står för 12% av landets totala växthusgasutsläpp.

Solenergi har potentialen att bli en hörnsten i Egyptens framtida energilandskap, men för att detta ska bli verklighet måste flera hinder övervinnas. De vanligaste problemen som identifierats är bland annat brist på finansiellt stöd, osäkerhet kring investeringar i solenergi och svag projektledning. Dessutom är de administrativa processerna ofta komplicerade, vilket gör det svårt för både privata och offentliga aktörer att implementera och finansiera solenergisystem.

Ett konkret exempel på hur Egypten försöker lösa dessa problem är NAMA Support Project (NSP), vars syfte är att stödja övergången till marknadsdrivna solenergisystem på nätet. Detta projekt har som mål att öka konkurrensen på marknaden, främja lokala tillverkningsindustrier och skapa "gröna" arbetsplatser. NSP har också lett till konkreta finansiella lösningar där privata och offentliga medel kombineras för att ge företag möjlighet att investera i solenergi. Ett exempel på detta är ett lån från kommersiella banker som används för att finansiera solenergiinstallationer.

Trots dessa framsteg står Egypten fortfarande inför flera utmaningar. En av de största är att få små och medelstora företag (SME) att engagera sig i solenergi. Här behövs skräddarsydda åtgärder för att sänka riskerna och kostnaderna för dessa aktörer, som ofta saknar resurser att finansiera stora solenergisystem. Samtidigt måste infrastrukturen stärkas för att göra det lättare för företag att ansluta sina solenergisystem till det nationella elnätet.

Det är också viktigt att notera att solenergi i Egypten inte enbart handlar om stora solkraftverk utan också om småskaliga system som takmonterade solpaneler. Under de senaste åren har flera initiativ, såsom Net-Metering och Feed-in-Tariff, lett till att omkring 6000 taksolsystem har installerats i avlägsna områden, vilket inte bara gynnar miljön utan också bidrar till att uppnå globala hållbarhetsmål.

En annan central aspekt är lagstiftningen. Den egyptiska regeringen har infört en rad lagar och förordningar för att främja användningen av förnybar energi. En av de mest betydelsefulla är Renewable Energy and Energy Efficiency Comprehensive Law (EG-REEEL), som gör det möjligt för privata företag att investera i solenergi och även främjar självkonsumtion av förnybar energi. Genom denna lag har landet sett en ökning av solenergiinstallationer, och nya projekt som genererar förnybar energi är under uppbyggnad.

Enligt Egyptens Vision 2030 och dess hållbarhetsstrategi förväntas förnybar energi stå för omkring 30% av den totala energiproduktionen år 2050. Detta innebär att det finns stora förväntningar på solenergi och andra förnybara energikällor. Regeringens mål om att öka andelen förnybar energi från 9% till 20% år 2020 har visat på ett starkt politiskt engagemang för att reducera energiförbrukningen och minska landets koldioxidutsläpp.