Povrchové slnečné žiarenie (SSR) alebo inak povedané globálne horizontálne žiarenie (GHI) je vedecký termín pre slnečné žiarenie, ktoré dopadá na zem. Pochopenie toho, ako sa SSR mení v čase, je nevyhnutné nielen pre meteorológiu a klimatológiu, ale aj pre dlhodobé plánovanie a ziskovosť fotovoltaických (FV) projektov.
Nová recenzovaná štúdia, ktorú vypracovali výskumníci z Univerzity v Murcii a Univerzity v Málage v spolupráci s odborníkmi zo spoločnosti Solargis a ktorá je založená na údajoch spoločnosti Solargis, hodnotí minulé a predpokladané trendy povrchového slnečného žiarenia (SSR) v Európe od roku 1994 do roku 2054.
Štúdia je doposiaľ jedným z najkomplexnejších hodnotení trendov slnečného žiarenia v Európe, faktorov, ktoré tieto zmeny spôsobujú, a toho, čo môžeme očakávať v blízkej budúcnosti. Štúdia sa zameriava na vplyv mrakov a aerosólov, keďže boli identifikované ako dva hlavné faktory dlhodobých trendov SSR.
Analýza vychádza z komplexného súboru pozorovaní na zemi, piatich historických súborov gridovaných údajov a súboru 30 klimatických modelov CMIP6, ktoré zahŕňajú štyri scenáre ovplyvňovania. Tieto zdroje spoločne poskytujú ucelenú, bezprecedentnú charakteristiku toho, ako sa SSR mení v Európe v čase a priestore.
O štúdii informovali aj médiá ako The Times, The Independent, PV Magazine alebo El Periodico de la Energia.
Pozorovania z rokov 1994 - 2023 ukazujú nárast o 3,1 W/m² za desaťročie (priemerná hodnota SSR Solargis počas tohto 30-ročného obdobia bola 143 W/m²), pričom k najvýraznejšiemu nárastu došlo v posledných desiatich rokoch. Typické priemerné ročné úrovne SSR v Európe sa pohybujú zhruba od ~100 W/m² v severných oblastiach po približne ~200 W/m² v južných lokalitách.
Pri správnom nastavení môžu satelitné modely monitorovať dlhodobý nárast povrchového slnečného žiarenia. Všetky štyri satelitné modely hodnotené v štúdii sa zhodujú s pozorovaniami v rozmedzí 土0,3 W/m2 za desaťročie.
Väčšina klimatických modelov predpokladá zmeny povrchového slnečného žiarenia v rokoch 2024-2054 menšie ako 1 W/m2 za desaťročie vo všetkých štyroch rôznych analyzovaných emisných scenároch.
Toto dlhodobé zníženie atmosférických aerosólov významne prispieva k menšej oblačnosti a jasnejšej oblohe, a tým aj k vyššiemu slnečnému žiareniu dopadajúcemu na povrch.
Z hľadiska fotovoltického priemyslu má štúdia niekoľko jasných dôsledkov.
Po prvé, Európa zaznamenala niekoľko desaťročí trvajúci nárast dostupných solárnych zdrojov, ktorý je merateľný a vedecky podložený. Jasnosť pozorovania týchto trendov prakticky dokázala, že skutočne dochádza k zmene dlhodobých priemerov v dostupnosti európskych solárnych zdrojov v súvislosti so zmenou klímy.
Ďalším významným výsledkom štúdie je, že model ERA5 ECMWF a klimatické modely, ako napríklad modely CMIP6, nie sú vhodné na monitorovanie dlhodobých trendov SSR, pretože sme videli, že sa do značnej miery nezhodujú s trendmi pozorovanými na pozemných staniciach.
Naopak, správne vyladené súbory satelitných údajov, ako je Solargis, poskytujú presné a priestorovo koherentné prostriedky na ich kvantifikáciu.
Obr. 1. 12-mesačné kĺzavé priemery (a) regionálnych priemerných anomálií SSR v lokalitách GEBA a pozemných bunkách Solargis-3.2 a (b) trendy SSR a interval spoľahlivosti vyhodnotené z pozorovaní GEBA (čierna farba) a Solargis-3.2 (červená farba v lokalitách GEBA a modrá farba vo všetkých pozemných oblastiach) za historické, nedávne a pozorovacie obdobie. Zvislé stĺpce v paneli b sú intervaly spoľahlivosti na úrovni 95 % spoľahlivosti. (Pre interpretáciu odkazov na farby v legende tohto obrázku odkazujeme čitateľa na webovú verziu tohto článku)
Hoci klimatické modely poskytujú jediný prostriedok na prognózovanie SSR na desaťročia do budúcnosti, ich výsledky treba interpretovať opatrne, pretože sa ukázalo, že ich výsledky za roky 1994 - 2014 podhodnocujú rozsah a zároveň nesprávne zohľadňujú s oblačnosťou súvisiaci pôvod pozorovaných trendov SSR.
Celkovo tieto zistenia posilňujú význam spoliehania sa na súbory údajov z viacerých zdrojov s kontrolovanou kvalitou na pochopenie minulej a budúcej dostupnosti slnečných zdrojov. Pre vývojárov, investorov a tvorcov politík sú takéto poznatky nevyhnutné na zabezpečenie toho, aby plánovanie a rozhodovanie v oblasti fotovoltiky vychádzalo z vedecky overených poznatkov o vývoji slnečnej klímy v Európe.
Nižšie sa podrobnejšie venujeme každému z týchto bodov.
Slnečné zdroje sa analyzujú od roku 1994, keď sa začala éra moderných satelitných záznamov slnečného žiarenia. Počas tohto obdobia väčšina Európy zaznamenala výrazný nárast povrchového slnečného žiarenia (SSR) s priemerným trendom 3,1 W/m² za desaťročie v rokoch 1994 až 2023. V priebehu tridsiatich rokov to predstavuje významný nárast dostupného slnečného zdroja. Pre odvetvie fotovoltiky sa tieto zmeny môžu prejaviť v nezanedbateľnom zvýšení dlhodobých energetických výnosov, najmä v regiónoch, kde je tento trend najsilnejší.
Aby sme tento trend uviedli do súvislostí, je užitočné porovnať ho s typickými dlhodobými priemernými hodnotami solárnych zdrojov. GHI v Európe, vyjadrený ako priemerná ročná intenzita žiarenia, sa zvyčajne pohybuje od približne 100 W/m² v severných oblastiach, ako je Škótsko, po približne 200 W/m² v južných lokalitách, ako je južné Španielsko. Zaznamenaný trend približne 3 W/m² za desaťročie preto zodpovedá zmene o niekoľko percent za desaťročie v porovnaní s týmito základnými hodnotami, čo je pomerne významné. Je však tiež dôležité poznamenať, že sa neočakáva, že tento trend bude pokračovať donekonečna rovnakým tempom, a je pravdepodobné, že v určitom okamihu v blízkej budúcnosti kulminuje.
Poznámka: V Solargis Prospect a vo väčšine aplikácií v energetickom sektore sa solárny zdroj zvyčajne vyjadruje v kWh/m²/rok, a nie vo W/m². Prepočet medzi týmito dvoma hodnotami je jednoduchý:
W/m² (ročný priemer) = GHI_Prospect (kWh/m²/rok) ÷ 365 ÷ 24
Inými slovami, vydelením ročnej hodnoty GHI (v kWh/m²/rok) 8 760 hodinami sa táto hodnota prepočíta na ekvivalentný priemerný výkon vo W/m². To pomáha preklenúť rozdiel medzi spôsobom, akým sa trendy uvádzajú v oblasti klimatológie (W/m²/rok), a tým, ako sú inžinieri a vývojári fotovoltických systémov zvyknutí uvažovať o zdroji (kWh/m²/rok).
Zatiaľ čo trend v kontinentálnom meradle je jednoznačne pozitívny, jeho priestorové rozloženie je rôznorodé. Najvýraznejší nárast SSR sa vyskytuje v strednej Európe, najmä v severovýchodnom Francúzsku, v regióne Beneluxu a v západnom Nemecku. Ďalšie oblasti vrátane Veľkej Británie, Škandinávie, Talianskeho polostrova a Balkánu tiež vykazujú zreteľný nárast slnečného žiarenia, ale v menšej miere. Naopak, izolované časti Pyrenejského polostrova a východnej Európy vykazujú v posledných rokoch stabilné alebo dokonca mierne klesajúce SSR, čo poukazuje na význam priestorovo rozlíšených súborov údajov pre regionálne plánovanie fotovoltaiky. Napriek tomu pri agregácii na európskej úrovni všetky súbory údajov potvrdzujú súvislý, štatisticky významný nárast slnečného žiarenia na celom kontinente.
Obrázok 2: Mapy trendov SSR Solargis pre Európu počas troch rôznych období (historické, nedávne a pozorovacie). Hlavné horské oblasti pre historické a pozorovacie obdobie sú vylúčené, pretože zahŕňajú údaje zo satelitov Meteosat prvej aj druhej generácie, ktoré nie sú kompatibilné na vyhodnotenie trendov SSR v horských oblastiach. Obrázok upravený podľa Segado-Moreno et al. (2025).
Aerosóly majú na SSR dvojaký vplyv. Po prvé, v bezoblačných oblastiach sú hlavnou zložkou atmosféry, ktorá vyčerpáva slnečné žiarenie (priamy účinok aerosólov, ADE), pričom prispievajú aj k zmene ohrievania a ochladzovania atmosféry a termodynamiky oblakov (polopriamy účinok aerosólov). Po druhé, v oblačných oblastiach menia procesy v oblakoch, ktoré ovplyvňujú ich tvorbu, rozptyl a optické vlastnosti prostredníctvom mechanizmov, ako sú Twomeyho a Albrechtov efekt (spoločne označované ako nepriamy účinok aerosólu, AIE).
Hoci aerosóly a oblaky boli dlho označované za dva kľúčové faktory ovplyvňujúce dlhodobý trend SSR, ich relatívny podiel zostáva nejasný.
Použitím stĺpcovej verzie modelu Solargis a porovnaním simulácií založených na denných vstupoch optickej hĺbky aerosólov v porovnaní s dlhodobými aerosolovými klimatológiami sa autorom štúdie podarilo izolovať priamy účinok aerosólov, ktorý podľa odhadov predstavuje ≈20 % pozorovaného nárastu SSR od roku 1994.
Zvyšných ≈80 % trendu súvisí s procesmi súvisiacimi s oblačnosťou, ktoré zahŕňajú interakcie medzi aerosólom a oblačnosťou (Twomeyho a Albrechtov efekt) a zmeny v oblačnosti, ktoré pravdepodobne súvisia so zvyšovaním teploty vzduchu. Štúdia ukazuje, že samotné zmeny albedo oblakov spôsobené aerosólmi nemôžu vysvetliť pozorovaný trend SSR; namiesto toho zohráva porovnateľne dôležitú úlohu klesajúca frakcia oblakov. Z analýzy vyplýva, že počas celého obdobia rokov 1994 - 2023 možno zvýšené slnečné žiarenie interpretovať približne ako 20 % ADE, 40 % prvého AIE a 40 % zmien frakcie oblačnosti, hoci tieto hodnoty sa môžu posunúť v závislosti od neistôt v súčasných súboroch údajov o aerosóloch v mriežkach.
Napriek tomu je celkový záver spoľahlivý: zmeny v oblačnosti, čiastočne vyvolané zmenami aerosólov, majú pri formovaní dlhodobého trendu SSR v Európe dvakrát väčší vplyv ako priame účinky aerosólov.
V štúdii sa použil prístup založený na viacerých zdrojoch s cieľom vytvoriť spoľahlivú charakteristiku trendov SSR v čase a priestore. Analýza integrovala tri primárne typy údajov:
Pozemné pozorovania: Údaje zo siete 46 pozemných staníc s overenou kvalitou a homogenizáciou (z archívov GEBA/WRDC) poskytli spoľahlivé, vysoko presné bodové merania. Použité pozemné pozorovania prešli prísnymi kontrolami zabezpečenia kvality, aby sa vylúčili nehomogénne údaje o lokalite, ktoré by inak viedli k nesprávnym pozorovaným trendom.
Súbory údajov s mriežkou: Na analýzu časových a najmä priestorových modelov sa použilo päť historických súborov údajov vrátane štyroch satelitných modelov (Solargis-3.2, SARAH-3, CLARA-A3, CEBAF-4.2.1) a reanalýzy ERA5, ktoré pokrývajú takmer celý kontinent. S cieľom zabezpečiť časovú stabilitu gridových údajov sa porovnali s pozemnými pozorovaniami a kvantifikovala sa odchýlka a stredná kvadratická odchýlka. Porovnával sa súbor údajov Solargis a zistilo sa, že dosahuje najlepšie výsledky.
Klimatické prognózy: Na analýzu historických simulácií (1994 - 2014) a projekciu budúcich trendov (2024 - 2054) v rámci štyroch rôznych scenárov (SSP1 - 2.6 až SSP5 - 8.5) sa použil súbor 30 klimatických modelov CMIP6, ktorý zahŕňa takmer 300 projekcií klimatických zmien.
