Słońce jest niewyczerpalnym, największym i najbardziej wydajnym dostępnym ludzkości źródłem energii. Dostarcza ono tyle energii, że gdybyśmy umieli ją wykorzystać nie musielibyśmy stosować innych źródeł energii. Zarówno biomasa, energia wodna oraz energia wiatru zaliczają się też do źródeł energii pośrednio zasilanych przez słońce. Według szacunków każdego dnia słońce dostarcza energię 15 000 razy przewyższającą nasze zapotrzebowanie. W czasie krótszym niż 30 minut słońce dostarcza na naszą planetę więcej energii niż wynosi jej zużycie w ciągu całego roku. Zasobne i przyjazne środowisku słońce jako źródło energii dostępne będzie przynajmniej przez najbliższych 5 miliardów lat. To tyle jeżeli chodzi o cyfry, więc nasuwa się pytanie – dlaczego nie czerpiemy w pełni z tak doskonałego źródła energii ? Odpowiedź jest prosta, na dzień dzisiejszy nie znamy technologii pozwalającej tą energię w pełni wykorzystać, przechwycić i zmagazynować. Prawie cała energia, która dociera do Ziemi pochodzi właśnie od Słońca ponieważ do żadnej innej gwiazdy nie mamy tak blisko jak do Słońca. Dzieli nas od niego jedynie 149,6 mln km. Promieniowanie słoneczne jest promieniowaniem elektromagnetycznym, obejmuje ono promieniowanie podczerwone, światło widzialne oraz promieniowanie ultrafioletowe UV. Skład promieniowania słonecznego zmienia się w zależności od pory dnia i roku oraz przejrzystości powietrza i wysokości nad poziomem morza. W zależności od rodzaju powierzchni, Ziemia mniej lub bardziej pochłania dostarczoną mu przez Słońce energię. Oceany wchłaniają aż 95% promieniowania słonecznego zamieniając je na ciepło, które umożliwia przeżycie organizmom wodnym, w czasie ochłodzeń dobowych i rocznych. Podobne ilości ciepła (ok. 70%) kumuluje piasek pustynny, co również ratuje życie wielu organizmom poddawanym na pustyni dużej różnicy temperatur między dniem, a nocą. Natomiast tam gdzie Słońce przesyła najmniej energii, gdzie panują śniegi i lody, powierzchnia odbija do 85% dostarczonego promieniowania. Dlatego też w czasie zimy, zwierzęta zapadają w sen zimowy, co pozwala im obniżyć swój metabolizm do minimum, aby utrzymanie temperatury ciała nie pochłaniało za dużo zgromadzonej na zimę energii. Energia słoneczna jest nie tylko nieustannie dostarczana na powierzchnię Ziemi, ale także krąży w przyrodzie, ulegając przemianom biologiczno – chemicznym i „dokarmiając” całą biosferę. Każdy z nas po chwili zastanowienia potrafiłby wymienić co najmniej kilka cech, na które wpływa u niego Słońce. Nie trzeba być też naukowcem, aby zauważyć, że ilość dni słonecznych w roku znacznie wpływa na różnice społeczno – kulturowe oraz psychologiczne między nacjami. Słońce wpływa korzystnie na samopoczucie, pobudza wydzielanie wielu hormonów, umożliwia syntezę witaminy D. Podstawową „korzyścią” wynikającą z narażania się na promieniowanie słoneczne jest opalenizna, dzięki której możemy czuć się atrakcyjniejsi. Światło korzystnie wpływa również na nasza psychikę, poprawia nastrój, ma działanie przeciwdepresyjne, szczególnie w okresie jesienno-zimowym.
Wizja rozwoju energetyki słonecznej w Polsce do 2020 roku.
Energetyka słoneczna cieplna jest jednym z najszybciej rozwijających się sektorów energetyki odnawialnej w Polsce i w Unii Europejskiej. Średnie roczne tempo wzrostu w latach 2001-2008 wyniosło ponad 43%. Rok 2008 był rekordowym pod względem sprzedaży instalacji słonecznych – 130 tyś m2, „zielonego” ciepła zużytego na podgrzewanie wody użytkowej oraz na cele grzewcze. Polska stała się siódmym rynkiem energetyki słonecznej w UE. Ponadto, krajowi producenci kolektorów słonecznych ponad 50 % produkowanych urządzeń eksportują poza granice Polski. Badania przeprowadzone m.in. przez Komisję Europejską potwierdzają, że energetyka słoneczna należy do najbardziej efektywnych technologii produkcji ciepła z punktu widzenia ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Na dzień dzisiejszy, krajowe fundusze wspierające rozwój sektora energetyki odnawialnej nie dostrzegają w pełni istotnej roli energii promieniowania słonecznego. W latach 2005-2008 ogólna kwota dofinansowania projektów energetyki słonecznej cieplnej ze środków publicznych wynosiła zaledwie 24 mln zł/rok.
Wg wykonanych analiz, łączny potencjał energetyki słonecznej możliwy do praktycznego wykorzystania do 2020 r. wyniesie ponad 22 mln m2 kolektorów słonecznych, w szczególności w systemach do podgrzewania ciepłej wody użytkowej CWU, ogrzewaniu pomieszczeń CO oraz w przemyśle.
Niewątpliwą korzyścią dla społeczeństwa w przypadku dalszego rozwoju energetyki słonecznej cieplnej w Polsce jest zapewnienie miejsc pracy dla ponad 40 tyś. osób. Energetykę słoneczną należy traktować bardziej sprawiedliwie i poważniej niż dotychczas.
Sumaryczna pomoc publiczna dla sektora energetyki słonecznej w okresie do 2014 r. powinna wynosić ok. 800 mln zł. Takie wsparcie umożliwi utorowanie drogi pod dalszy rozwój w latach 2014-2020, już przy niższej intensywności pomocy publicznej i przejściu w większym stopniu z silnych dotacyjnych instrumentów wsparcia na instrumenty podatkowe. W obliczu globalnych problemów związanych ze zmianą klimatu oraz ograniczonych zasobów kopalnych źródeł energii energia słoneczna musi w przyszłości kontynuować uzupełnianie zasobów energii. Na dłuższą metę nie ma alternatywy dla energii słonecznej. 17 czerwca br. Zarząd NFOŚiGW podpisał z sześcioma bankami umowy, uruchamiające program dopłat do kredytów bankowych na zakup i montaż kolektorów słonecznych do ogrzewania ciepłej wody użytkowej.
Kredyty z 45% dotacją Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie adresowane są do osób fizycznych posiadających prawo do dysponowania nieruchomością, na której zamierzają zamontować zakupione kolektory słoneczne oraz wspólnot mieszkaniowych które nie są podłączone do miejskiej sieci ciepłowniczej. Wysokość tego kredytu będzie mogła sięgać nawet 100% kosztów kwalifikowanych przedsięwzięcia. Dopłaty będą udzielane do kredytów zarówno na zakup i montaż kolektorów słonecznych jak i aparatury niezbędnej do ich prawidłowego funkcjonowania. Kredyty oferowane są przez wybrane sieci banków, które oferują prostą i tanią pomoc finansową. Umowy podpisano z :
Bankiem Ochrony Środowiska S.A.
Bankiem Polskiej Spółdzielczości S.A.
Gospodarczym Bankiem Wielkopolski S.A.
Krakowskim Bankiem Spółdzielczym
Mazowieckim Bankiem Regionalnym S.A.
Warszawskim Bankiem Spółdzielczym.
Część banków uruchomiła ten kredyt już w lipcu, natomiast wszystkie zadeklarowały w swojej ofercie kredyty na kolektory słoneczne w sierpniu br. Oznacza to, że kredyty z dopłatami będą dostępne w 4,5 tys. placówek bankowych na terenie całego kraju. Środki z kredytu bankowego z dotacją NFOŚiGW wypłacane będą bezgotówkowo, bezpośrednio na konto wykonawcy lub dostawcy kolektorów słonecznych, na podstawie faktur wystawionych na zakup i montaż tych urządzeń. Dotacja na spłatę części kapitału kredytu bankowego wypłacana będzie po zakończeniu realizacji przedsięwzięcia.
Na dopłaty Fundusz zarezerwował 300 mln zł do wypłacenia w latach 2010-2012. Pozwoli to na osiągnięcie efektu ekologicznego w postaci zainstalowania kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni ponad 250 tys. m kw., co przyczyni się do redukcji emisji dwutlenku węgla o 36 tys. ton.
Kolektory słoneczne służące do pozyskiwania energii cieplnej stanowią bardzo ważną rolę w pozyskiwaniu energii słońca. W naszych warunkach klimatycznych kolektory słoneczne są już powszechnie stosowane do podgrzewania wody użytkowej i duża część domów nowo budowanych wyposaża się w kolektory słoneczne jako alternatywne źródło energii. W krajach o większym nasłonecznieniu stosowane są , suszarki, kuchenki i piekarniki słoneczne. Większość instalacji słonecznych na dużą skalę produkuje parę, która napędza turbiny lub generatory produkujące prąd elektryczny. Gdyby na Sacharze wybudowano potężną elektrownie słoneczną ok. 700 x 700 km to zaspokoiła by ona nasze zapotrzebowanie energetyczne. Kolektory słoneczne są to urządzenia służące do zamiany energii promieniowania słonecznego w energię cieplną zgromadzoną w Zasobniku Ciepłej Wody Użytkowej (tzw. bojlerze). Jest on zarazem buforem ciepła zgromadzonego w dzień kiedy świeci słońce abyśmy mogli korzystać z tego ciepła w nocy czy dzień pochmurny. Powszechne zastosowanie tych urządzeń w domach nastąpiło wskutek spadku ich cen, co stało się możliwe dzięki postępowi technologicznemu i umasowieniu produkcji.
Korzyści ze stosowania systemu solarnego jest wiele:
a) oszczędność energii niezbędnej do ogrzania wody użytkowej i pomieszczeń, nawet do 60% w ciągu roku
b) uniezależnienie się od podwyżek cen nośników energii
c) wykorzystanie energii w pełni ekologicznej, bez emisji dwutlenku węgla (CO2)
d) wzrost wartości nieruchomości
e) żywotność i trwałość systemu, ponad 15 lat
f) łatwość montażu w istniejącej zabudowie i nowych obiektach
g) prosta obsługa, możliwość automatycznej regulacji temperatur
h) możliwość montażu instalacji kolektora na ścianach i dachach budynków lub w ich otoczeniu np. ogrodach.
i) WYGODA i oszczędność czasu (nie trzeba dokładać do pieca)
j) jest to system pracujący całkowicie bez obsługowo.
Zasada działania:
Najważniejszym elementem kolektora słonecznego jest absorber czyli powłoka absorbująca energię słoneczną. Ciepło przechwycone przez kolektor jest odprowadzane, za pomocą czynnika grzewczego (roztworu glikolu), do magazynu ciepła, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła czyli zasobnika ciepłej wody użytkowej. Automatyka (regulator solarny) liczy różnicę temperatur między kolektorem a magazynem ciepłej wody i jeżeli uzyska ona zadaną maksymalną wartość, załączana jest pompa obiegowa instalacji solarnej. W tym momencie wymuszony zostaje przepływ czynnika grzewczego w stronę wymiennika ciepła. Wprawiony w ruch glikol, przepływa przez wężownicę solarną w wymienniku i przekazuje nagromadzone ciepło do wody wypełniającej wspomniany wymiennik. Wraz ze spadkiem temperatury kolektora, a jednocześnie wzrostem temperatury wody w wymienniku, maleje różnica temperatur pomiędzy tymi dwoma urządzeniami. Jeżeli osiągnie ona minimalną zadaną wartość, regulator solarny wyłączy pompę i tym samym kolektor zacznie się nagrzewać. Cały cykl zostaje powtarzany po nagrzaniu się ponownym kolektora. Dalsze wykorzystanie ciepła zależy od potrzeb użytkownika: może to być wspomaganie wytwarzania, a w miesiącach letnich wyłączne wytwarzanie ciepłej wody użytkowej, wspomaganie niskotemperaturowych instalacji centralnego ogrzewania lub podgrzewanie wody basenowej.
W chwili obecnej na świecie stosowane są dwa podstawowe rodzaje kolektorów słonecznych tzw. kolektory płaskie i kolektory próżniowe.
Zaletą kolektorów próżniowych jest zdolność pochłaniania promieniowania słonecznego rozproszonego oraz ograniczone straty ciepła dzięki próżni w rurach kolektora co zwiększa sprawność kolektora w dni pochmurne oraz w okresie od jesieni do wiosny. Wadą jest możliwość rozszczelnienia się rury, utratą próżni a co za tym idzie spadkiem sprawności. Jednakże w razie rozszczelnienia czy rozbicia jednej z rur można ją szybko wymienić nie przerywając przy tym pracy całego układu.
Zaletą kolektorów płaskich jest prosta konstrukcja i brak elementów które mogły by się uszkodzić w trakcie użytkowania oraz bardzo wysoka sprawność w okresie letnim. Wadą kolektorów płaskich jest niższa sprawność w okresie zimowym ale w naszym klimacie w okresie zimy i tak musimy korzystać z dodatkowych źródeł energii.
Według stanu wiedzy i techniki na dzień dzisiejszy energia słoneczna użytkowana może być na dwa sposoby: bezpośredni i pośredni. Do wykorzystania bezpośredniego potrzebne jest odpowiednie urządzenie, przetwarzające energię słoneczną bezpośrednio w energię elektryczną np. ogniwa słoneczne. Stosowanie fotoogniw staje się opłacalne w miejscach trudno dostępnych, o ile zapotrzebowanie na moc elektryczną jest niewielkie, zaś odległość od najbliższej linii energetycznej jest większa niż kilka kilometrów lub też budowa nowej linii jest utrudniona z powodu ukształtowania terenu. Fotoogniwa niezastąpione są w przestrzeni kosmicznej, lotnictwie, żeglarstwie, karawaningu oraz do zasilania urządzeń elektrycznych małej mocy, kalkulatorów, zegarków a ostatnio telefonów komórkowych.
Nazwa „fotowoltaika” pochodzi od dwóch słów: greckiego „photos”, oznaczającego światło i nazwiska włoskiego fizyka Aleksandro Volta. Podstawowym elementem służącym do wytwarzania energii elektrycznej z energii promieniowania słonecznego jest ogniwo fotowoltaiczne zwane też ogniwem słonecznym, solarem czy fotoogniwem. Fotoogniwo uformowane jest w materiale półprzewodnikowym, w którym pod wpływem absorpcji promieniowania słonecznego powstaje napięcie. Po dołączeniu obciążenia w obwodzie popłynie prąd elektryczny.
Pojedyncze ogniwo produkuje zazwyczaj pomiędzy 1 a 2 W, co jest niewystarczające dla większości zastosowań. Dla uzyskania większych napięć lub prądów ogniwa łączone są szeregowo lub równolegle tworząc moduł fotowoltaiczny. System fotowoltaiczny składa się z modułów, paneli lub kolektorów fotowoltaicznych, oraz elementów dostosowujących wytwarzany w ogniwach prąd stały do potrzeb zasilanych urządzeń. Gdy system jest przewidziany do dostarczania energii elektrycznej w nocy, konieczne jest stosowanie odpowiedniego systemu magazynowania energii (akumulator) wyprodukowanej ciągu dnia. Jeżeli system zasila urządzenie stałoprądowe potrzebny jest kontroler napięcia. Do zasilania z systemu fotowoltaicznego urządzeń zmiennoprądowych konieczne jest użycie falownika. Potrzebna jest także odpowiednia konstrukcja kierująca moduły lub panele w kierunku Słońca oraz zabezpieczająca przed kradzieżą.
Czas życia modułów fotowoltaicznych szacuje się przynajmniej na 20 – 30 lat., natomiast czas zwrotu kosztów waha się od 2 do 6 lat w zależności od regionu i klimatu. Najlepsze moduły konstruowane są do zastosowań kosmicznych mają sprawności powyżej 20% i zawierają ogniwa słoneczne z arsenku galu o sprawnościach dochodzących do 30%. W Polsce coraz częściej możemy zobaczyć systemy baterii słonecznych na dachach budynków firm, budynków użyteczności publicznej i domów jednorodzinnych. Ogniwa fotowoltaiczne są obecnie powszechnie stosowane wszędzie tam gdzie niemożliwe jest doprowadzenie linii energetycznej, ze względów ekonomicznych (darmowa energia) lub ochrony środowiska naturalnego. Znalazły zastosowanie np: w zegarkach, kalkulatorach, odbiornikach radiowych, latarniach, szyldach reklamowych, do zasilania radiowo-telekomunikacyjnych stacji przekaźnikowych, w telefonii komórkowej, znaków drogowych, satelitów, urządzeń ochrony pastwisk i lasów, w autonomicznych systemach zasilających na przyczepach kempingowych czy do zasilania odosobnionych stacji meteorologicznych. Ostatnim osiągnięciem w tej dziedzinie jest wytworzenie półprzezroczystego modułu, który może być używany jako okno w budynkach. Obecnie w każdym hipermarkecie możemy kupić niewielkie fotoogniwa do oświetlenia alejek ogrodowych które powszechnie możemy zaobserwować spacerując wieczorem po alejkach osiedli domków jednorodzinnych. Zapewne już wkrótce i ta technologia stanie się powszechna i ogólnie dostępna.
Dynamiczny rozwój fotowoltaiki jest jeszcze hamowany poprzez wysokie ceny paneli fotowoltaicznych i stosunkowo małą sprawność w granicach 10% ale tempo rozwoju nowych technologii pozwoli w krótkim czasie na uzupełnienie tej chwilowej dysfunkcji baterii słonecznych. Wystarczy przejechać granicę z naszym czeskim sąsiadem i zobaczymy potężne farmy fotowoltaiczne. Czyżby tam inaczej słońce świeciło albo tańsze były baterie słoneczne ? Otóż – nie. Tam porostu stworzono prawne i finansowe uwarunkowania pozwalające wytwarzać energię elektryczną i odsprzedawać ją do sieci elektroeneretycznej. Okazuje się, że zamiast hodować krowy, na łące można wybudować farmę fotowoltaiczną i traktować to jako źródło całkiem niezłego dochodu. Okazuje się na przykładzie elektrowni atomowej jaka ma powstać w Polsce, wystarczyło by postawić farmę baterii słonecznych o powierzchni ok. 95km2 co będzie równoważne w wytworzonej energii. Niemcy (po Chinach drugi kraj na świecie) nie bez powodu zbudowali u siebie najnowocześniejsze zakłady w europie produkujące baterie słoneczne, tworząc przy tym kilkanaście tysięcy nowych miejsc pracy, bo za chwilę będą zaopatrywać inne kraje w wytworzone u siebie panele solarne. Instalacja fotowoltaiczna zintegrowana z budynkiem jest to rzeczywisty kierunek rozwoju paneli słonecznych i perspektywą rozwoju tej dziedziny. Dachówki solarne na budynkach, szyby przeźroczyste solarne, nawet elewacje budynków pozwolą na zmniejszenie kosztów instalacji systemu, zoptymalizować wykorzystywaną przestrzeń. Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkiem sprawiają, że instalacja nie zajmuje dodatkowej przestrzeni ponad tą która, i tak jest wykorzystywana przez budynek. Wreszcie zastosowanie baterii słonecznych zintegrowanych z budynkiem ograniczy niszczenie krajobrazu. System zintegrowany mniej rzuca się w oczy niż nie zintegrowany. Obecny cel, jaki stawiają sobie naukowcy w tej dziedzinie to osiągniecie sprawności na poziomie 30% w stosunku do tradycyjnych systemów fotowoltaicznych oraz osiągnięcie niskiej ceny nowego systemu, tak aby cena energii fotowoltaicznej była porównywalna z ceną energii z paliw kopalnych. Zatem bacznie przyglądajmy się poczynaniom naukowców i polityków bo pojawienie się takich instalacji u nas będzie oznaczało, że dołączyliśmy do grona krajów proekologicznych.
