Czy rozbłyski słoneczne mają wpływ na wytwarzanie energii słonecznej?

Energia szybko obracającego się ciała zwykle generuje wybuchy zwane rozbłyskami słonecznymi z powierzchni Słońca. Tego typu rozbłyski zachodzą wokół plam słonecznych i uwalniają ogromne ilości promieniowania w wyniku szybkiego uwolnienia zmagazynowanej energii magnetycznej. Rozbłyski słoneczne wytwarzają również koronalne wyrzuty masy (CME), podczas których ogromne ilości naładowanych cząstek są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną w wyniku rozbłysków słonecznych.

Jeżeli jedno lub oba zjawiska bezpośrednio wpływają na Ziemię, wówczas na Ziemi występują burze geomagnetyczne, które zakłócają transmisję radiową i satelitarną oraz mogą potencjalnie wpływać na sieć elektryczną.

Wszystkim rozbłyskom słonecznym nadano oznaczenie klasy X-, aby określić siłę, zatem kiedy wystąpiły ostatnie dwa rozbłyski słoneczne X1.2, w całej Azji Południowo-Wschodniej i Australii doszło do wielu przerw w działaniu fal krótkofalowych. W 2026 r. jeden rozbłysk słoneczny M5.7 był odpowiedzialny za zakłócenie transmisji/efektów radiowych HF i wytworzył CME skierowany na Ziemię. Obserwacje naukowe sugerują, że na Słońcu może „spóźnić się” superrozbłysk klasy S-(jasność > X10). Przewiduje się, że pierwsze szanse wystąpienia tego zjawiska będą miały miejsce od połowy 2025 r. do połowy 2026 r.

Wbrew powszechnemu błędnemu mniemaniu, rozbłyski słoneczne nie zapewniają panelom słonecznym dodatkowego „zastrzyku” energii. W rzeczywistości promieniowanie z potężnego rozbłysku może zakłócać działanie ogniw fotowoltaicznych, powodując brak równowagi ładunku, który zmniejsza wydajność ogniw i zmniejsza produkcję energii.

Jednak bezpośrednie zagrożenie dla naziemnych paneli słonecznych-jest stosunkowo ograniczone. Same panele słoneczne zawierają minimalną ilość elektroniki, co naraża je na niskie ryzyko uszkodzenia na skutek impulsów elektromagnetycznych lub bezpośredniego promieniowania rozbłyskowego. Prawdziwa słabość leży gdzie indziej.

W przypadku kosmicznych-układów słonecznych - na satelitach i statkach kosmicznych - sytuacja jest inna. Protony o wysokiej-energii z rozbłysków słonecznych mogą powodować nagłe-spadki funkcji schodkowej na wyjściu układu. Badania wykazały, że rozbłyski protonów słonecznych mogą mieć niemal natychmiastowy wpływ na wydajność paneli słonecznych. W 2003 r. duża burza słoneczna doprowadziła do średniego 3% spadku mocy wszystkich geostacjonarnych statków kosmicznych EUMETSAT. Degradacja spowodowana protonami rozbłysku słonecznego przybiera formę nagłych spadków o 3% lub więcej, podczas gdy degradacja indukowana elektronami jest stała i stopniowa. Badania NASA wykazały również, że uszkodzenia radiacyjne spowodowane przez protony-rozbłysku słonecznego można częściowo „wyżarzić” - w procesie termicznym, który naprawia część uszkodzeń, - potencjalnie pozwalając uniknąć miliardowych strat w przychodach ze sprzedaży energii w ciągu całego życia satelity.

Chociaż burza słoneczna nie wpłynie zbytnio na same panele słoneczne, komponenty pomagające w dostarczaniu energii elektrycznej z tych paneli do odbiorców odczują ekstremalne skutki burzy słonecznej. Prądy indukowane geomagnetycznie (GIC) mogą potencjalnie przepływać przez długie linie przesyłowe mocy, co może spowodować uszkodzenie transformatorów, powodując straty mocy biernej, co może spowodować katastrofalne załamanie mocy i skutkujące-przerwami w dostawie prądu na dużą skalę.

Na przykład przerwa w dostawie prądu w Quebecu w 1989 r. była jedną z najbardziej-znanych przerw w dostawie prądu związanych z burzą geomagnetyczną- i miała miejsce na południu aż do New Jersey, gdzie doszło do uszkodzenia transformatorów. Ryzyko wystąpienia dzisiejszego zdarzenia-na wzór Carringtona, takiego jak burza słoneczna w 1859 r., może spowodować globalne zakłócenia w działaniu satelitów, GPS i sieci energetycznych (w tym farm fotowoltaicznych). Te zakłócenia w dostawie energii w rzeczywistości będą miały niekorzystny wpływ, powodując zaprzestanie wytwarzania energii słonecznej przez farmy fotowoltaiczne z powodu uszkodzeń elektrycznych elektroniki kontrolującej dostarczanie energii słonecznej do sieci.

Jeśli chodzi o potencjalne zagrożenia, panele słoneczne zainstalowane w systemach fotowoltaicznych wytwarzają energię elektryczną, podczas gdy falowniki i transformatory mogą przekształcić tę energię w moc wyjściową elektryczną kompatybilną z prądem przemiennym (AC) sieci elektrycznej. Starzejące się elementy farmy fotowoltaicznej, takie jak falowniki i transformatory, mogą być narażone na potencjalną awarię elektryczną ze względu na wiek lub awarię mechaniczną. Kiedy nadchodzi burza geomagnetyczna, może wytworzyć niestabilne środowisko elektryczne, które może uszkodzić istniejące wadliwe (przestarzałe) elementy farmy fotowoltaicznej. Takie zdarzenia mogą znacznie zwiększyć ryzyko całkowitej awarii tych komponentów.

Oprócz uszkodzeń sprzętu, rozbłyski słoneczne wpływają na wytwarzanie energii słonecznej w bardziej subtelny sposób. Flary mogą zakłócać komunikację GPS i satelitarną, na której opiera się wiele systemów monitorowania energii słonecznej i zarządzania siecią. Kiedy-łączność radiowa o wysokiej częstotliwości zostanie przerwana, - jak miało to miejsce podczas rozbłysku M5.7 w maju 2026 r., - zdalne monitorowanie i kontrola rozproszonych aktywów fotowoltaicznych może zostać zakłócona.

Operatorzy sieci coraz częściej uwzględniają w swoich planach alerty dotyczące pogody kosmicznej. W Teksasie ERCOT niedawno anulował ogłoszenie rynkowe powiązane z ostrzeżeniem geomagnetycznym wydanym przez federalne prognostyki pogody kosmicznej, co pokazuje, że zagrożenie jest realne nawet dla południowych sieci. Zakłady użyteczności publicznej śledzą alerty dotyczące pogody kosmicznej i w razie potrzeby mogą modyfikować operacje, ale wyzwaniem jest to, że przewidywanie rozbłysków słonecznych i burz geomagnetycznych pozostaje niezwykle trudne.

Dla tych, którzy są zaniepokojeni tym, czy rozbłyski słoneczne zmniejszają ilość światła słonecznego docierającego do ich paneli, ta wiadomość jest uspokajająca. Choć 11-letni cykl słoneczny rzeczywiście powoduje wahania w napromieniowaniu pozaziemskim - światła słonecznego docierającego do górnych warstw atmosfery Ziemi -, efekt jest niezwykle mały. Szczyt cyklu słonecznego zwiększa natężenie promieniowania pozaziemskiego tylko o około 1 wat na metr kwadratowy, czyli mniej więcej jedną dziesiątą jednego procenta uśrednionego w ciągu roku. Odchylenie to jest niczym w porównaniu z przewidywalnymi wahaniami sezonowymi wynoszącymi 3,5%, spowodowanymi eliptyczną orbitą Ziemi. „Próba uwzględnienia tego efektu w obliczeniach modelowania natężenia promieniowania słonecznego ma bardzo niewielką wartość” – twierdzą eksperci ds. zasobów słonecznych.

Przygotowania do burzy

W miarę nasilania się cyklu słonecznego 25 branża fotowoltaiczna poważnie podchodzi do zagrożenia. Producenci projektują więcej elektroniki-odpornej na promieniowanie do falowników i systemów monitorowania. Operatorzy sieci opracowują strategie łagodzenia skutków, w tym możliwość izolowania wrażliwych transformatorów podczas burz geomagnetycznych. Naukowcy nadal badają fizykę aktywności słonecznej, aby ulepszyć prognozowanie.

Praktyczna rada dla właścicieli domów wyposażonych w instalację fotowoltaiczną na dachu jest prosta: same panele są wytrzymałe i mało prawdopodobne jest, aby uległy uszkodzeniu w wyniku wszelkich zdarzeń oprócz najbardziej ekstremalnych. Większym problemem jest stabilność sieci. Rozsądne kroki to utrzymywanie naładowanych telefonów, przygotowanie zestawów ratunkowych i otrzymywanie informacji o alertach dotyczących pogody kosmicznej.