Popularne kolektory

Raport Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum - „Rynek fotowoltaiki w Polsce" -wskazuje wyraźnie, że do niedawna wykorzystanie energii słonecznej kojarzyło się Polakom tylko i wyłącznie z kolektorami słonecznymi.

Dotacje na zakup oraz dofinansowania kredytów wspierały rozwój tego źródła pozyskiwania energii ze słońca. Kolektory, ze względu na małą elastyczność wykorzystania, znalazły swoich odbiorców przeważnie w gospodarstwach domowych.

Kolektory słoneczne na dachu budynku

Wadą kolektorów jest fakt, że nadmiar produkcji przepada, bo ciepło trudno magazynować. Nie jest więc możliwe wykorzystanie bardzo dobrej wydajności w porze letniej podczas miesięcy zimowych.

Takich ograniczeń nie mają panele fotowoltaiczne, ale one do niedawna odstraszały wysoką ceną.

Rynek fotowoltaiki

Na rynku energii słonecznej pojawiają się takie działy jak fotowoltaika, kolektory słoneczne czy też wieże słoneczne. Co je różni?

Miejsce fotowoltaiki na rynku OZE

Kolektory słoneczne: konwersja fototermalna.
- Promienie słoneczne ogrzewają wodę lub płyn niezamarzający, które przepływają przez kolektor słoneczny. Ogrzany płyn wpływa do zasobnika i przez wymiennik oddaje ciepło znajdującej się w zasobniku wodzie użytkowej, po czym, ochłodzony, przepływa z powrotem do kolektora słonecznego.

Wieża słoneczna: turbina wiatrowa.
- Skierowane lustra odbijają promienie słoneczne na wielką wieżę i ogrzewają tym samym powietrze znajdujące się wewnątrz. Gorące powietrze unosi się ku górze poruszając turbiny, które wytwarzają prąd elektryczny.

Panele fotowoltaiczne: konwersja fotowoltaiczna.
Padające światło wybija elektrony z części, gdzie jest ich najwięcej, miejsca o ładunku dodatnim. Jako, że ładunki te są rozdzielone przez barierę potencjału, to zaczynają się przemieszczać względem siebie i w urządzeniu płynie prąd.

Rozróżnienie sposobów wykorzystania energii słonecznej

Jak to działa?

Najmniejszym elementem instalacji fotowoltaicznej jest ogniwo fotowoltaiczne. Jest to  pojedyncza część składowa panelu słonecznego. W zależności od mocy i kształtu panelu różna jest ilość występujących w nim ogniw. W większości przypadków można dostrzec granice poszczególnych ogniw w panelach.

Cała instalacja to zestaw paneli słonecznych, okablowanie, inwerter, który służy do zamiany prądu stałego na zmienny, co pozwala na wprowadzenie go do sieci, bateria akumulatorów, w której gdy instalacja nie jest podłączona do sieci, to w nich magazynowana jest nadmiarowa energia elektryczna, która może być wykorzystana w późniejszym okresie, regulator ładowania oraz licznik energii elektrycznej.

Światło słoneczne jest stale absorbowane do wewnątrz ogniwa poprzez materiał absorbujący. Fotony padając na półprzewodnikowe złącze P-N powodują wygenerowanie prądu stałego o napięciu zależnym od materiału ogniwa i natężeniu zależnym od powierzchni ogniwa.

Fotony powodują powstawanie pary nośników o przeciwnych ładunkach. Ponieważ rozdzielone ładunki są nośnikami nadmiarowymi, mającymi tzw. nieskończony czas życia, a napięcie na złączu P-N jest stałe, złącze, na które pada światło działa jak stabilne ogniwo elektryczne.

Dalej prąd wchodzi do obwodu zewnętrznego. Całość pokrywa warstwa ochronna zrobiona przeważnie z płyty szkła, której konserwacja jest łatwa i nie wymaga specjalistycznego przeszkolenia.

Schemat działania ogniwa

Gdzie się opłaca?

Ekspertyza Komitetu Termodynamiki i Spalania PAN pokazuje jak podzielono Polskę pod kątem heliogeneryczności, czyli nasłonecznienia. Najkorzystniejsze rejony w naszym kraju to obszar nadmorski, pomorski i mazursko-siedlecki.

Obszary nasłonecznienia w Polsce

W celu polepszenia wyników można zainwestować w tracker wykorzystywany do ciągłego kierowania paneli w stronę słońca pod optymalnym kątem.

Jednoosiowy tracker utrzymuje panel zawsze skierowany w stronę słońca, obracając się  w poziomie i dając dodatkowe od 35 do 45 proc. skuteczności paneli w stosunku do tej samej instalacji bez trackera.

Dwuosiowy tracker dodatkowo utrzymuje najbardziej optymalny kąt nachylenia panelu względem słońca. Przekłada się to na wynik dodatkową ilością uzyskanych kilowatogodzin na poziomie od 35 do 60 proc. w stosunku do tej samej instalacji bez trackera.

Tracker

Niestety, trackery zwiększają koszt instalacji o 60-100 proc. całej inwestycji w same panele. Dodatkowo to specjalistyczne narzędzie nie spełnia swej funkcji w pełni przy polskich warunkach i eksperci raczej je odradzają.
                                                 

Producenci i instalatorzy

Na światowym rynku jest wielu producentów paneli słonecznych, większość z nich swoje korzenie ma na kontynencie azjatyckim, eksportując swoje produkty praktycznie w każde miejsce globu.

W Polsce w czerwcu 2012 działało ponad 100 firm. Na polskim rynku pojawiają się moduły fotowoltaiczne pochodzące od producentów z różnych krajów, lecz w 2011 roku największe ilości pochodziły oczywiście z Chin (28 proc.), a następnie z Niemiec (24 proc.), Kanady (17 proc.) oraz Japonii (9 proc.).

Problem tkwi nie w produkcji, ale w instalacji urządzeń. W Polsce do roku 2012 (włącznie) nie było szczególnych ograniczeń co do wymagań zawodowych instalatorów paneli fotowoltaicznych.

Ma to zmienić dopiero ustawa o OZE. Odpowiedni certyfikat ma świadczyć o tym, że instalator jest profesjonalną osobą, znającą się na tym co robi oraz, że panele fotowoltaiczne zostaną ustawione tak, by maksymalizować ich efektywność.

Jak wykorzystać PV?

Najpowszechniejszą formą wykorzystywania energii słonecznej w celu zamienienia jej na prąd były ogniwa zasilające lampy, małe podświetlenia, billboardy czy ogniwa znajdujące się w kalkulatorach. Wspomniana wcześniej mała opłacalność instalacji z sukcesem blokowała rozwój tego OZE w Polsce.

Udział nośników energii OZE

Zainteresowanie technologią rośnie. Roczny przyrost mocy instalacji fotowoltaicznych na całym świecie wyniósł około 73 proc. z 2010 r. na 2011 r.
Chiny w 2011 roku uruchomiły największą ówczesną elektrownię o mocy 200 MW, jednak we wrześniu 2012 Ameryka zakończyła budowę 250 megawatowej instalacji fotowoltaicznej w Arizonie, pobijając rekord Chin.

Podobnego boomu można spodziewać się także u nas, po przyjęciu ustawy OZE. Ogólnopolski 3,82 proc. wzrost zużycia energii może być zachętą do inwestycji w ogniwa fotowoltaiczne.

Poprzez  wartość zużycia energii elektrycznej per capita można wyliczyć, że średnio Polacy zużywają 790,5 kilowatogodzin co oznacza, że 4 osobowe gospodarstwo domowe zużywałoby 3162 kWh. Tą wielkość zaspokoiłaby instalacja fotowoltaiczna o mocy ok. 3,5 kW i każda większa moc wiązałaby się ze znaczącym zyskiem dla wspomnianego gospodarstwa.

Potencjalnych indywidualnych odbiorców w Polsce jest ok. 5520 tysięcy. Wg opinii fachowców, średnio połać dachu ma około 80 metrów kwadratowych do wykorzystania, co oznacza możliwość zainstalowania ponad 11 kWp paneli słonecznych. Jako, że panele słoneczne i kolektory łatwo zamontować na praktycznie każdym rodzaju dachu można zakładać, że ta liczba pozostanie bez zmian.

Dobre przykłady

Największą instalacją naziemną w Polsce od  roku 2012 jest farma solarna wybudowana w gminie Wierzchosławice. Farma w swej pierwszej fazie ma moc 1 MW, lecz w przyszłości planowana jest rozbudowa do 10 MW.  

Sanktuarium  Matki Bożej Nieustającej Pomocy w Jaworznie może się pochwalić systemem o mocy 71,76 kW, zaspokajającym potrzeby energetyczne sanktuarium w ciągu roku.

Drugim takim obiektem jest kościół w Pogórzu koło Skoczowa, gdzie zainstalowano 37 kW.

Wśród elektrowni dachowych on-grid największą jest uruchomiona w październiku 2012 roku instalacja na dachu zbiornika wody, należącego do Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów. Powierzchnia tej instalacji to 20 tysięcy metrów kwadratowych i ma produkować ok. 300 MWh energii rocznie. Redukcja CO2 dzięki tej konstrukcji może wynieść ok. 222 tony rocznie.

Kolejnym przykładem inwestycji w ogniwa fotowoltaiczne jest instalacja na budynku Parku Naukowo-Technologicznego Euro-Centrum w Katowicach. Ta instalacja składająca się z ogniw o sumarycznej mocy równej 107,22 kW, a będzie rocznie produkować ok. 96484 kWh. Całość będzie wpierana trackerami zamontowanymi w okolicy nowego pasywnego biurowca, który zostanie oddany do użytku za kilka miesięcy.

Średnia miesięczna produkcji energii z instalacji w Euro-Centrum wyrażona w kilowatogodzinach.

Kij i marchewka

Rynek fotowoltaiki w Polsce jest na początku swojego rozwoju i jest to rynek perspektywiczny. Proponowane ustawy zainteresują wielu potencjalnych inwestorów pozyskiwaniem energii z paneli słonecznych.

Z jednej strony przymus 20 proc. udziału energii z OZE w całkowitej wytworzonej energii w niedalekiej przyszłości jest czynnikiem, który najbardziej będzie stymulować rozwój fotowoltaiki w Polsce.

Z drugiej strony ekonomia, czyli korzyści finansowe, będą (i już są) zachętą dla wszystkich inwestorów.

Czytaj: Raport Euro-Centrum: „Rynek fotowoltaiki w Polsce"

opracował: Krzysztof Turzański