Czy fotowoltaika stanowi przyszłość energetyki?
Rosnące koszty zakupu prądu sprawiają, że na znaczeniu zyskują alternatywne metody jego pozyskiwania. Jednym z bardziej przyjaznych środowisku i niezwykle opłacalnych sposobów wytwarzania energii elektrycznej jest budowa instalacji fotowoltaicznej. Zakup i montaż urządzeń nie wiąże się z wysokimi kosztami, a okres, w jakim panele słoneczne mogą się zwrócić, wciąż ulega skróceniu za sprawą nowych materiałów i technologii używanych do ich produkcji.
Czy energia słoneczna to rozwiązanie, które może się sprawdzić w naszych realiach?
Pozyskiwanie energii za pomocą tradycyjnych technologii staje się coraz droższe, a przy tym ma znaczący wpływ na zwiększanie emisji dwutlenku węgla oraz prowadzi do zanieczyszczania powietrza. W naszych realiach, gdy zdecydowana większość prądu jest produkowana przez spalanie węgla kamiennego i brunatnego z niewielkim dodatkiem biomasy koszty, jakimi obarczany jest zarówno przemysł, jak i gospodarstwa domowe są wyjątkowo wysokie. Na cenę kupowanej energii składa się nie tylko dość wysoki koszt jej pozyskania, ale również cena praw do emisji CO2, a także koszty, jakie ponosi przyroda wynikające z samego wydobycia węgla, jego transportu oraz emisji zanieczyszczeń. Chociaż większość instalacji przemysłowych zamontowanych w działających elektrowniach jest bardzo skuteczna, to nawet niewielkie ilości emitowanych substancji – choćby pyłów zawieszonych lub związków azotu w postaci rozmaitych tlenków stanowią realne zagrożenie ze względu na swą skalę – wyjaśnia przedstawiciel firmy Passive Energy, zajmującej się systemami fotowoltaicznymi.
Ponieważ, mimo upływu czasu nic nie wskazuje na szybką budowę elektrowni atomowej i przejście na taki sposób produkcji prądu, jedynym wyjściem dla środowiska naturalnego oraz całej gospodarki wydaje się postawienie na energetykę rozproszoną i odnawialne źródła energii (OZE). Z różnych istniejących technologii produkcji prądu z OZE najbardziej dostępne są technologie fotowoltaiczne. Budowa dużych hydroelektrowni jest kosztowna i długotrwała, a przy tym ilość miejsc, gdzie można rozwijać tego rodzaju metody wytwarzania energii, okazuje się ograniczona. Rozwiązaniem nie może się stać także powstawanie małych hydroelektrowni, ponieważ na wielu obszarach występują poważne problemy z dostępnością wody, a liczba rzek i strumieni, które można w ten sposób wykorzystać, jest poza terenami górskimi znikoma.
Jak do tej pory nie sprawdziła się także energetyka wiatrowa. Budowa wiatraków budziła sporo kontrowersji, zarówno z powodu znacznego wpływu na krajobraz, jak i nie do końca sprawdzonego wpływu na zdrowie ludzi zamieszkujących w pobliżu tego typu instalacji. Warto też pamiętać, że tereny z odpowiednim rozkładem wiatru nie występują zbyt często, a sama budowa wiatraka jest kosztowna. Rozwojowi farm wiatrowych nie sprzyjają też obowiązujące regulacje. W takiej sytuacji fotowoltaika okazuje się rozwiązaniem, które jest praktycznie pozbawione wad. Odpowiednia do zasilania pojedynczych budynków jednorodzinnych, gospodarstw rolnych czy mniejszych firm instalacja zajmuje stosunkowo niewielką powierzchnię, a umieszczona na dachu nie wymaga dodatkowej przestrzeni. Same urządzenia gwarantują jednocześnie dobrą efektywność, a ich koszt zakupu nie jest wygórowany, zwłaszcza jeżeli wziąć pod uwagę możliwość skorzystania z dopłat rządowych.
Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna i jak działa?
Wielką zaletą używania paneli słonecznych jest ich prosta i odporna na uszkodzenie budowa oraz możliwość efektywnego wykorzystywania urządzenia na naszej szerokości geograficznej. W zależności od konkretnej lokalizacji zamontowanie instalacji fotowoltaicznej przy średnim nasłonecznieniu może przynieść zwykle od 1060 kWh/m2 do około 980 kWh/m2
co daje możliwość zaspokojenia potrzeb energetycznych budynku już przy stosunkowo niewielkiej powierzchni paneli. Warto jednak pamiętać, że liczyć będzie się również usytuowanie dachu lub stelażu, na którym zostaną one umieszczone, a także szanse na uzyskanie optymalnego kierunku oraz kąta nachylenia względem padających promieni słonecznych. Wpływ na osiągane rezultaty mają też przeszkody terenowe – wzgórza, inne budowle czy wysokie drzewa.
Same panele fotowoltaiczne działają za sprawą użytych w nich półprzewodników – najczęściej krzemu. Pod wpływem padających na powierzchnię panelu promieni świetlnych między dwiema warstwami przewodnika tworzącego złącze p-n dochodzi do przejścia elektronów wybijanych przez pojawiające się fotony. Przejście z warstwy p z przewagą elektronów do warstwy n z przewagą tzw. dziur wiąże się z powstaniem różnicy potencjałów, a tym samym pojawieniem się napięcia. Przepływający prąd, będący efektem przekształcenia energii fotonów, czyli promieniowania elektromagnetycznego może być odprowadzony z panelu, a następnie wykorzystany. Ponieważ powstający w wyniku działania panelu fotowoltaicznego prąd jest prądem stałym za pomocą odpowiedniego urządzenia zwanego inwerterem, czyli falownikiem musi być przekształcony w prąd zmienny o napięciu 230 V i częstotliwości 50 Hz.
W zależności od rodzaju instalacji poza właściwie dobranym inwerterem zawierającym transformator, układ chroniący przed pojawiającymi się zwarciami, sterujący pracą całej instalacji oraz niedopuszczający do jej nadmiernego rozgrzania się, co ma wpływ na efektywność pracy, system musi być wyposażony albo w złącze umożliwiające odprowadzanie pozyskiwanej energii do sieci, albo w akumulatory, które pozwolą ją zmagazynować i wykorzystać w innych momencie, w zależności od aktualnych potrzeb.
Jakie są rodzaje paneli fotowoltaicznych i dlaczego warto z nich korzystać?
Budowa paneli fotowoltaicznych jest mało skomplikowana, przez co są one dość odporne na uszkodzenia mechaniczne. Warstwa skrystalizowanego krzemu pełniącego funkcję półprzewodnika jest zabezpieczona specjalną folią EVA (Ethylene Vinyl Acetale). Jest ona bardzo wytrzymała i często używana do laminowania szkła np. podczas produkcji szyb samochodowych. Stanowi swego rodzaju rusztowanie usztywniające, a ze względu na bardzo wysoką przezierność nie blokuje dostępu promieni słonecznych do krzemu. Folie wraz z krzemem są montowane na taflach szkła, a od spodu zabezpieczane warstwą tworzywa sztucznego. Całość wraz ze złączami pozwalającymi na odprowadzanie powstającego napięcia jest instalowana w lekkich i wytrzymałych ramkach zrobionych z aluminium.
Dla osiągania optymalnego poziomu uzysku energii elektrycznej konieczne będzie właściwe dobranie powierzchni paneli oraz technologii, w jakiej zostały one wykonane. Na rynku dostępne są dwa podstawowe rodzaje paneli – monokrystaliczne oraz polikrystaliczne. Ogniwa monokrystaliczne są produkowane ze stosunkowo dużych jednorodnych kryształów ciętych laserem. Dzięki takiej technologii wyróżniają się one czystością oraz bardzo dużą wydajnością, pozwalającą na wykorzystanie od 20 do 25% energii słonecznej docierającej do powierzchni paneli. Wysoka efektywność oznacza, że instalacja zbudowana z wykorzystaniem ogniw tego typu będzie zajmowała niewielką powierzchnię, niestety jednocześnie okaże się dość droga. Ogniwa polikrystaliczne powstają przez łączenie spojonych ze sobą mniejszych kryształów. Oznacza to mniejszą efektywność sięgającą zaledwie 16–19%, lecz jednocześnie łączy się z niższymi kosztami zakupu, co sprawia, że całość instalacji będzie tańsza. Plusem korzystania z paneli w technologii polikrystalicznej jest również lepsze wykorzystywanie przez nie światła odbitego od znajdujących się w pobliżu powierzchni, co bywa przydatne w gęstszej zabudowie.
Rozwój energetyki rozproszonej wykorzystującej panele fotowoltaiczne wynika nie tylko z dużych możliwości technicznych montowanych systemów, ale także z dopłat, które pozwalają na znaczne skrócenie okresu, w jakim instalacja będzie się amortyzowała. Przykładem wsparcia dla osób decydujących się na montaż fotowoltaiki jest program „Mój prąd”, w ramach którego można uzyskać dofinansowanie instalacji o mocy między 2 a 10 kW, stanowiących równowartość 1/2 poniesionych kosztów z limitem kwotowym ustawionym na poziomie 5 tysięcy złotych. Drugą możliwością zmniejszenia kosztów pozyskiwania energii słonecznej jest uzyskanie środków z odpisu w ramach ulgi termomodernizacyjnej.
Korzystne sposoby finansowania inwestycji w fotowoltaikę w połączeniu z łatwym montażem i niemal bezobsługowym korzystaniem z instalacji sprawiają, że liczba osób zainteresowanych instalowaniem paneli systematycznie wzrasta. Można się spodziewać, że w niedługim czasie będzie ona zyskiwała coraz większy udział w miksie energetycznym, a perspektywa obniżenia rachunków za prąd i uniezależnienia się od działania sieci wciąż będzie przyciągała nowych chętnych.
