Polska energetyka słoneczna - działalność hobbistów?

Moc energii emitowanej przez słońce szacowana jest na 1023 kW. Do powierzchni naszej planety dociera z tego tylko znikoma część, która jest jednak wiele tysięcy razy większa od ogólnej ilość energii wytwarzanej na ziemi. Zainteresowanie energią słoneczną ciągle rośnie, a specjaliści upatrują w niej ogromne energetyczne perspektywy. Klimat Polski nie jest tak sprzyjający, jak w krajach południowych ale warunki pogodowe są bardzo zbliżone do występujących w Niemczech, a korzystniejsze niż w Skandynawii.

Dodatkowo, z ekologicznego punktu widzenia energia promieniowania słonecznego jest najbardziej atrakcyjna spośród energii odnawialnych. Jej pozyskiwanie nie powoduje żadnych efektów ubocznych, szkodliwych emisji, czy zubożenia zasobów naturalnych, a instalowanie urządzeń głównie na obiektach architektonicznych, nie wpływa zasadniczo na krajobraz.

Najpowszechniej stosowanym urządzeniem do pozyskiwania energii słonecznej jest kolektor słoneczny. Warunkiem funkcjonowania jest jego usytuowanie w dobrze nasłonecznionym miejscu. Przy słonecznej pogodzie może on pełnić swoją funkcję nawet w stosunkowo niskich temperaturach otoczenia. W standardowych rozwiązaniach płaskich kolektorów słonecznych temperatura absorbera i co za tym idzie, czynnika grzewczego nie przekracza 100 °C, jednak przy odpowiednich modyfikacjach można uzyskać nawet 190 °C.

Najkorzystniejsze jest wykorzystywanie kolektorów w systemach przygotowania ciepłej wody użytkowej i ocieplenia wody w basenach kąpielowych. Inne zastosowania to pielęgnacja zwierząt, podlewanie roślin w szklarniach, przygotowanie pasz i wody technologicznej w małych zakładach przetwórstwa rolno - spożywczego czy ocieplanie wody w stawach rybnych.

Poza wodnymi istnieją także kolektory słoneczne powietrzne. Są one budowane zwykle sposobem gospodarczym i z tego względu umykają statystykom. Ich główne zastosowanie to suszenie roślin, ziarna, drewna i materiałów budowlanych, a niekiedy też regulacja mikroklimatu w przechowalniach płodów rolnych, ogrzewanie pomieszczeń inwentarskich, hal, magazynów, szklarni, tuneli foliowych i budynków mieszkalnych.

Łączna powierzchnia instalacji do przetwarzania energii słonecznej na świecie zajmuje ok. 6 mld m2. Jest to dziesięciokrotnie więcej, niż w 1990 r.

W USA wiele małych obiektów, w tym 17 tys. latarni morskich korzysta z energii słonecznej. W niewielkiej i nie najcieplejszej Austrii montuje się rocznie ok. 200 tys. m2 kolektorów słonecznych, a tysiące domów ogrzewa się tą energią nawet w krajach o chłodnym klimacie.

W państwach bogatych, np. w Unii Europejskiej, decydujące dla rozwoju energetyki słonecznej są w pierwszej kolejności czynnik ekologiczny, a następnie podniesienie poziomu bezpieczeństwa dostaw energetycznych. Szacuje się bowiem, że wykorzystanie 8 m2 kolektorów słonecznych dla domu jednorodzinnego obniża emisję CO2 o 1 tonę rocznie. Wiąże się to także z poważną redukcją emisji SO2 i NOx i zmniejszeniem zapotrzebowania na energię konwencjonalną niemal o 10 MWh.

Istotnym problemem w nisko temperaturowym wykorzystywaniu energii słonecznej jest " magazynowanie" ciepła. Może się to odbywać poprzez ogrzewanie kamieni lub elementów ceramicznych w ciągu dnia, które będą oddawały ciepło w nocy lub w dni pochmurne.

Ciekawą koncepcją są również tzw. stawy słoneczne, czyli układy realizujące fototermiczną konwersję energii słonecznej w taki sposób, że jej pochłanianie i magazynowanie w postaci ciepła zachodzi w tym samym ośrodku. Funkcję kolektora słonecznego pełni zbiornik wody lub solanki o dużej powierzchni i głębokości 0,5- 2 m. Promieniowanie słoneczne padające na powierzchnię stawu wnika w głąb cieczy i jest pochłaniane przez zaczernione dno. W ten sposób warstwy przydenne osiągają temperaturę wyższą od temperatury otoczenia, pełniąc przy tym rolę magazynu energii. Warstwy powierzchniowe stawu (lub zabudowane na nim specjalne struktury izolujące) przejmują na siebie funkcję termicznej izolacji transparentnej (przezroczystej). Podstawową zaletą stawów słonecznych jest zdolność do magazynowania dużych ilości energii na stosunkowo długie okresy (do kilku miesięcy). Energię tę można później odzyskać z wykorzystaniem pompy ciepła. 

Energia fotowoltaiczna jest niestety znacznie bardziej kosztowna, niż wytwarzana z innych źródeł. Z badań amerykańskich wynika, że jest ona 10-krotnie droższa od energii jądrowej. Obecnie na świecie koszt energii z baterii słonecznych wynosi 0,6 euro/kWh, przewiduje się jednak w przyszłości szybki spadek kosztów do poziomu 0,3 euro/kWh. System fotowoltaiczny, dla modułów krzemowych monokrystalicznych, kosztuje zaś ok. 3000 euro za 1 kW zainstalowanej mocy.

Fotoogniwa mają zastosowanie przede wszystkim tam, gdzie dostęp do publicznej sieci jest ograniczony lub w ogóle niemożliwy. Jeżeli najbliższa sieć elektryczna znajduje się dalej niż 10 km od odbiorcy, a zapotrzebowanie na energię jest małe (np. pojedynczy dom), to nawet dziś instalowanie ogniw fotoelektrycznych może być opłacalne. Są one także szeroko wykorzystywane w kieszonkowych kalkulatorach, satelitach kosmicznych, utrzymują pod napięciem ogrodzenia pastwisk, a nawet zasilają urządzenia nawadniające i sprzęt domowy. Eksperymentalnie służą także do napędu samochodów. Niewielki samochód osobowy napędzany energią słoneczną może rozwijać prędkość nawet ponad 100 km/h.

Urządzenia fotowoltaniczne mają wiele zalet. Na skutek braku części ruchomych nie ulegają zużyciu, nie wymagają części zamiennych ani konserwacji. Ich żywotność wynosi 20-30 lat, a wydajność nie zmniejsza się wraz z upływem czasu. Ogniwa przekształcają również rozproszoną część promieniowania słonecznego padającego na ziemię, działają więc także w dni pochmurne. Ich podstawową wadą jest stosunkowo wysokie zapotrzebowanie na powierzchnię instalacyjną, ale stale wzrastająca ich sprawność (najnowsze fotoogniwa produkcji szwajcarskiej wytwarzają prąd z dwukrotnie wyższą, niż dotychczas osiągano, gdyż 33% sprawnością) pozwoli tę niedogodność w znacznym stopniu zredukować. Istnieje także możliwość lokalizacji tego rodzaju obiektów na dachach budynków i terenach trudnych do zagospodarowania w inny sposób, jak np. nasłonecznione stoki hałd, zrekultywowanych wysypisk, nasypów kolejowych itp.

Od 1995 r. władze Francji przeznaczają rocznie 15 mln euro na elektryfikację miejscowości izolowanych, ze źródeł odnawialnych. Do końca ubiegłego roku 1128 obiektów otrzymało pomoc finansową, przeznaczoną na zakup instalacji do produkcji energii odnawialnych o mocy 914 kW, z czego 2/3 urządzeń stanowiły instalacje fotowoltaiczne. Dzięki temu programowi nie trzeba było budować 1400 km linii energetycznych, które kosztowałoby 589 mln euro. Unia Europejska przygotowała kampanię promocyjną, obejmującą milion systemów fotowoltaicznych, w tym 500 tys. w budownictwie mieszkaniowym w krajach UE i eksport do krajów rozwijających się dalszych 500 tys. prostych w obsłudze instalacji fotowoltaicznych dla obszarów wiejskich. Moc każdego z systemów będzie wynosić 1 kW, co w 2010 r. da ogólną moc 1 GW. Niemcy rozpoczęli realizację programu" 100000 dachów", który ma promować wykorzystanie energii słonecznej. Rząd federalny zamierza przeznaczyć na ten cel miliard marek na najbliższych kilka lat w postaci tanich i częściowo umarzanych kredytów z przeznaczeniem na instalacje fotoelektryczne. W Niemczech zapotrzebowanie 1 rodziny na energię elektryczną wynosi ok. 3 kW. Instalacja fotoelektryczna o takich parametrach kosztuje obecnie ok. 45 tys. DM. Zakłada się, że po 6 latach realizacji programu przybędzie ok. 300 M W zainstalowanych w ogniwach fotoelektrycznych. Będzie się to wiązało z masową produkcją paneli pV, których cena powinna się znacznie obniżyć. 

Wg szacunków EC BREC bateria fotoogniw zajmująca 0,65 % powierzchni Polski mogłaby teoretycznie zaspokoić obecne potrzeby energetyczne kraju. Szacuje się bowiem, że w Polsce do 1 m2 gruntu dociera rocznie ok. 1 MWh energii promieniowania słonecznego. Odpowiada to spaleniu ze 100% sprawnością ok. 120 kg paliwa umownego.

W Polsce dotychczas nie przeprowadzano inwentaryzacji istniejących instalacji słonecznych. Jest ich z pewnością niewiele, ale w kraju działają już firmy oferujące słoneczne aktywne systemy cieczowe.

Niektóre wykonały nawet instalacje o całkowitej powierzchni kolektorów rzędu 100 m2. Poniżej kilka przykładów ich zastosowań: Wyższa Szkoła Oficerska we Wrocławiu - kryty basen pływacki jest ogrzewany z wykorzystaniem kolektorów słonecznych. Basen o pojemności 125 m3 jest dogrzewany przez 96 płaskich kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni 125 m 2. Ogrzewanie słoneczne pracuje równolegle z tradycyjnym, pozwalając na oszczędność energii konwencjonalnej. Klasztor w Zawoi dzięki lokalizacji (odsłonięty teren wyżynny) ma stosunkowo dobre nasłonecznienie. Wykorzystano to, zakładając na dachu 8 kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni 15 m2. Kolektory, wraz z bojlerem i pompą ciepła kosztowały ok. 16500 PLN.

W klasztorze zastosowano częściowo ogrzewanie podłogowe. Bardzo szybki zwrot poniesionych nakładów przyczyni się prawdopodobnie do podwojenia powierzchni kolektorów w nadchodzącym roku. Zakład Doświadczalny Hodowli Bydła w Poznaniu - Strzeszynie od roku 1985 używa do podgrzewania wody 100 kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni 165 m2 i mocy 236 kW. Szpital miejski w Gostyninie - dysponuje kolektorami o powierzchni 20 m2, indywidualny użytkownik pod Poznaniem - 70 m2, a w Wólce Soseńskiej k/Siedlec - 200 m2. Aktualnie Zarząd Gminy Zębowice ogłosił przetarg na budowę instalacji grzewczej z zastosowaniem kolektorów słonecznych i pompy ciepła w gimnazjum w Zębowicach.

Nie jest więc prawdą twierdzenie, że w Polsce w energetykę słoneczną inwestują przede wszystkim co bogatsi fanatycy ekologiczni.

Kolektory słoneczne są produkowane m.in. przez Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa oraz Uniwersytet Olsztyński; oferuje je także ok. 20 firm komercyjnych. Niektóre z nich eksportują swoje wyroby, przede wszystkim do Niemiec.

W Polsce najważniejszy obszar zastosowań rynkowych technologii fotowoltaicznych to zasilanie znaków i świateł nawigacyjnych w gospodarce morskiej.

Firma D&T EImech z Pruszcza Gdańskiego wykonała w tym sektorze ponad 156 instalacji o łącznej mocy 12,33 kW. Inny ważny przykład zastosowań tej techniki to schronisko na Chrobaczej Łące, które wykorzystuje fotoogniwa do oświetlenia oraz zasilania takich urządzeń, jak lodówka, radio, czy radiostacja. W miejscowości Kozy (okolice Bielska- Białej) istnieje także laboratorium fotowoltaiczne. W Instytucie Sterowania i Elektroniki Przemysłowej Politechniki Warszawskiej skonstruowano "elektrownię słoneczną" fotowoltaiczną o mocy 2 kW. Całość prac związanych z jej budową została sfinansowana przez Telekomunikację Polską S.A., która zainstalowała ją w centrali telekomunikacyjnej w Makowcu pod Radomiem. Za zgodą sponsora obiekt ten stanie się poligonem doświadczalnym, umożliwiającym przebadanie w warunkach przemysłowych różnego rodzaju przetwornic energoelektronicznych.

Doświadczenia Stacji Badawczej IMiGW w Borowej Górze wskazują, że w warunkach polskich wykorzystanie samych tylko kolektorów słonecznych do ogrzewania pomieszczeń nie jest szczególnie efektywne z powodu trudności zsynchronizowania energetycznej podaży ciepła z popytem.

Dostęp do energii słonecznej ma miejsce głównie latem, zaś zapotrzebowanie na ciepło występuje przede wszystkim zimą.

Problem ten pozwalają pomyślnie rozwiązać podziemne akumulatory energii cieplnej. Akumulacja ciepła w podłożu polega na tłoczeniu podgrzanej w kolektorach słonecznych wody do warstwy wodonośnej, a w przypadku jej braku na podgrzewaniu gruntów nieprzepuszczalnych (np. glin, iłów).

Te naturalne akumulatory ciepła o objętości powyżej 1000 m3 umożliwiają między sezonowe magazynowanie energii. System składający się z kolektorów słonecznych, podziemnego akumulatora ciepła i pompy cieplnej umożliwia uzyskanie z 1 kWh energii elektrycznej 10 -20 kWh energii cieplnej. Oczywiście inwestycja taka jest stosunkowo droga w fazie realizacyjnej, przynosi jednak wymierne oszczędności przez długi okres eksploatacji.

Praktycznym przykładem jest tu Bazylika Archikatedralna w Przemyślu. Została ona wyposażona w komputerowo sterowany system ogrzewania podłogowego wykorzystujący ciepło słoneczne. W skład urządzenia wchodzą m.in.: dwie pompy ciepła o mocy po 25 kW, bateria 15 płaskich kolektorów słonecznych o wymiarach 2,0 x 0, 75 m i gruntowy zasobnik ciepła w postaci wężownicy o łącznej długości 2000 m, umieszczonej w odwiertach skały wapiennej o głębokości 120 m. Koszt inwestycji wyniósł w 1997 r. 1 ,2 mln PLN, okres zwrotu poniesionych nakładów przewiduje się na ok. 10 lat. Można założyć, że przy dogodniejszym podłożu (bez konieczności wykonania kosztownych wierceń) byłby on znacznie krótszy.

W Polsce inwestorzy zainteresowani energetyką słoneczną nie mogą liczyć na ekonomiczne, czy prawne ułatwienia. Jedyną, tego rodzaju koncepcję promującą rozwój energetyki odnawialnej, zastosowano wobec rolnictwa.

Zgodnie z ustawą o podatku rolnym (Dz. U. Nr 94 z 11 listopada 1993 r. , art. 13.1) podatnikom podatku rolnego przysługuje ulga inwestycyjna z tytułu wydatków poniesionych na zakup i zainstalowanie urządzeń do wykorzystywania na cele produkcyjne naturalnych źródeł energii (wiatru, biogazu, słońca, spadku wód).

Powyższa ulga pozwala na odliczenie od należnego podatku rolnego 25% nakładów inwestycyjnych w okresie nie dłuższym, niż 15 lat. Praktycznie przepis ten stosuje się najczęściej przy budowie kolektorów słonecznych wykorzystywanych w procesach suszenia płodów rolnych.

W dniu 8 lipca 1999 r. Sejm Rzeczpospolitej Polskiej wydał rezolucję w sprawie wzrostu wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych.

Sejm dostrzegając konieczność likwidacji barier hamujących wzrost wykorzystania OlE oraz uznając odpowiedzialność centralnych organów administracji rządowej za stworzenie dogodnych warunków do rozwoju energetyki odnawialnej wezwał Radę Ministrów m.in. do opracowania strategii rozwoju OlE w Polsce wraz z programem działań zapewniających odpowiedni wzrost ich wykorzystania oraz do stworzenia warunków prawnych i finansowych ułatwiających aktywność gospodarczą w tej dziedzinie. W pierwszych dniach grudnia br. odbyła się w Serocku VI Konferencja Naukowo -Techniczna "Ogólnopolskie Forum Odnawialnych Źródeł Energii -"99". Obecny na Konferencji Minister Środowiska - Antoni Tokarczuk wyraził zdecydowane poparcie dla rozwoju OlE i gotowość uwzględniania propozycji wszystkich środowisk związanych z tą branżą w opracowaniu strategii rozwoju OlE w Polsce. Uczestnicy Forum zgodzili się, aby odejść od tradycji formułowania wniosków z konferencji w postaci roszczeń kierowanych do władz na rzecz wyrażenia deklaracji współpracy z centralnymi organami administracji rządowej w tworzeniu dogodnych warunków dla rozwoju odnawialnych źródeł energii.

Energetyka odnawialna, w tym słoneczna może być opłacalna zarówno dla producentów. jak i odbiorców energii, a zwłaszcza dla środowiska naturalnego.

W Polsce pomimo przytoczonych wyżej przykładów stopień wykorzystania energii słonecznej jest daleki od potencjalnych możliwości. Na przeszkodzie stoją nie tylko problemy kapitałowe. ale przede wszystkim utrudnienia o charakterze prawnym.

(źródło: artykuł udostępniony został przez "fundacja polska droga" na zasadzie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 2.5 Polska)