Ερευνητικά αποτελέσματα του έργου «Ατμοσφαιρικές παράμετροι που επηρεάζουν την φασματική ηλιακή ακτινοβολία και την ηλιακή ενέργεια – ASPIRE»

Δημοσιεύθηκαν τα τελικά επιστημονικά αποτελέσματα του ερευνητικού έργου με τίτλο «Ατμοσφαιρικές παράμετροι που επηρεάζουν την φασματική ηλιακή ακτινοβολία και την ηλιακή ενέργεια», το συντονισμό του οποίου έκανε το Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών με επιστημονικό υπεύθυνο τον Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος Κωνσταντίνο Ελευθεράτο. Το έργο έλαβε χρηματοδότηση από το ΕΛΙΔΕΚ στην επιστημονική περιοχή «Περιβάλλον και Ενέργεια» στο πλαίσιο της «1ης Προκήρυξης ερευνητικών έργων ΕΛΙΔΕΚ για την ενίσχυση των μελών ΔΕΠ και Ερευνητών/τριών και την προμήθεια ερευνητικού εξοπλισμού μεγάλης αξίας».

Συντελεστές: Αναπληρωτής Καθηγητής Κωνσταντίνος Ελευθεράτος και ερευνητική ομάδα ASPIRE

Η διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια προς αξιοποίηση από τα φωτοβολταϊκά εξαρτάται άμεσα από την ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος. Ενώ η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην κορυφή της ατμόσφαιρας της Γης είναι σχετικά σταθερή, η ακτινοβολία που φτάνει σε έναν τόπο στην επιφάνεια της Γης ποικίλει σημαντικά, α) λόγω της θέσης του ήλιου στον ουράνιο θόλο (που σχετίζεται με τις συντεταγμένες του τόπου και το υψόμετρο), και β) λόγω των διάφορων ατμοσφαιρικών διεργασιών όπως είναι η απορρόφηση και η σκέδαση της ηλιακής ακτινοβολίας από τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας. Οι τελευταίες διεργασίες εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τις τοπικές ατμοσφαιρικές συνθήκες που σχετίζονται με τα σύννεφα, τα αερολύματα, τους υδρατμούς και τα απορροφητικά αέρια σε ίχνη (όπως το όζον, το διοξείδιο του αζώτου και το διοξείδιο του θείου). Τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας, ανάλογα με την ενέργεια που έχουν, αλληλοεπιδρούν διαφορετικά με τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας, κάτι που περιπλέκει σημαντικά την εκτίμηση της επίδρασης καθενός συστατικού στην ηλιακή ακτινοβολία. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι ακτινοβολία που προέρχεται από διαφορετικές περιοχές του ηλιακού φάσματος έχει διαφορετική συμβολή σε διάφορες βιολογικές διεργασίες και στην παραγωγή ηλιακής ενέργειας.

Το ερευνητικό έργο με τίτλο «Atmospheric parameters affecting spectral solar irradiance and solar energy (ASPIRE)» που συντονίστηκε από το ΕΚΠΑ κατά την περίοδο Μάιος 2020 – Νοέμβριος 2023, συνέβαλε στην επιστημονική γνώση σχετικά με διάφορες εφαρμογές που σχετίζονται με την ηλιακή ακτινοβολία, όπως εφαρμογές για την τεχνολογία εκμετάλλευσης της ηλιακής ενέργειας (π.χ. φωτοβολταϊκά συστήματα), καθώς και εφαρμογές που σχετίζονται με την υγεία (μελάνωμα, καρκίνος του δέρματος και σύνθεση της βιταμίνης D) και τη γεωργία (φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία για την παραγωγή των καλλιεργειών). Για την επίτευξη αυτού του στόχου πραγματοποιήθηκε μια σύγχρονη πειραματική εκστρατεία μέτρησης των ατμοσφαιρικών μεταβλητών για 12 μήνες στην πόλη των Αθηνών, χρησιμοποιώντας ένα μοναδικό σύνολο οργάνων και εφαρμόζοντας μια συνεργατική ανάλυση των επιστημονικών δεδομένων που αποκτήθηκαν. Για την πειραματική εκστρατεία του προγράμματος ASPIRE συνεργάστηκαν το ΕΚΠΑ, το Παγκόσμιο Κέντρο Ακτινοβολίας του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού Οργανισμού (PMOD/WRC), το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, η Γερμανική Αεροδιαστημική Υπηρεσία (DLR), το Πανεπιστήμιο της Βρέμης (UB), το Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών και το Πανεπιστήμιο Πατρών.

Πιο συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της πειραματικής εκστρατείας οργανώθηκαν και συντονίστηκαν εντατικές μετρήσεις από υψηλής ποιότητας όργανα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας (φασματοφωτόμετρο τύπου Brewer, φασματικό ραδιόμετρο ακριβείας PSR, φωτόμετρα Pandora, MAX-DOAS, CIMEL, κάμερα παρακολούθησης νεφών), τα οποία παρακολουθούσαν και κατέγραφαν τα φάσματα της ολικής και της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος στην περιοχή της Αθήνας για έναν χρόνο (από Δεκέμβριο 2020 έως Νοέμβριο 2021). Οι μετρήσεις των επιστημονικών οργάνων χρησιμοποιήθηκαν για τους εξής ερευνητικούς σκοπούς:

• Να αξιολογηθούν οι επιπτώσεις των ατμοσφαιρικών παραμέτρων σε εφαρμογές που σχετίζονται με δραστικές δόσεις της ηλιακής ακτινοβολίας, όπως ο δείκτης υπεριώδους ακτινοβολίας, η σύνθεση της βιταμίνης D, η φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία.
• Να διερευνηθούν οι επιπτώσεις των αιωρούμενων σωματιδίων στην απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων με βάση με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά.
• Να αξιολογηθεί η απόδοση του συστήματος υπολογισμού της ηλιακής ενέργειας SENSE χρησιμοποιώντας καταγεγραμμένα ηλιακά φάσματα και να μελετηθεί η επίδραση των αερολυμάτων και της νεφοκάλυψης στους υπολογισμούς του μοντέλου.

Ιστοχώρος έργου (Αγγλικά): https://aspire.geol.uoa.gr/

Αναλυτικά τα αποτελέσματα του έργου: