Czego nie wiedziałeś o fotowoltaice

Fotowoltaika to temat doskonale znany prawdopodobnie Nam wszystkim. Jednak czy na pewno pod taką nazwą? Ilu z Was, drodzy czytelnicy, bez sięgania do wyszukiwarek internetowych czy encyklopedii jest w stanie przyznać, że wie o co chodzi?

Ogniwa fotowoltaiczne to nic innego jak powszechnie znane panele słoneczne. Uzyskiwanie energii elektrycznej ze światła to jeden z trendów naszych czasów. Jeśli pozyskujesz prąd ze środowiska, jednocześnie dbając o nie to jesteś eko. Wszyscy wiemy, że „bycie eko” jest po prostu modne. Coraz więcej budynków mieszkalnych, przemysłowych czy użytku publicznego inwestuje w kolektory słoneczne. W ten sposób są zasilane lampy uliczne, znaki drogowe, stacje meteorologiczne, przekaźniki radiowo -telekomunikacyjne, a także kamery monitoringu miejskiego oraz przemysłowe. Wielu z Was, jeśli nie wszyscy, mieli pewnie okazje zobaczyć przy drogach ogromne farmy z ustawionymi w równych rzędach panelami słonecznymi. Bardzo często moduły z ogniwami są ruchome i obracają się, zmieniając swoje położenie śledząc słońce. Niektórzy oburzali się twierdząc, że jest to nieestetyczne. W odpowiedzi na takie zarzuty, jedna z sieci sklepowych montując panele słoneczne na dachu budynku, zleciła ułożenie swojego firmowego logo. W ślad za nimi poszły kolejne. Robiąc krok do przodu powstały kolejne ciekawe projekty. W Azji możemy zobaczyć farmę słoneczną w kształcie ogromnej pandy, a w USA nieopodal parku rozrywki Walt Disney World, znaną i uwielbianą myszkę Miki. Na Florydzie wyrosły ogromne słoneczne kwiaty, panele słoneczne na wysokich łodygach. Dodatkowo są podświetlane w nocy. Widok musi być nieziemski. Kościoły również nie chcą być gorsze. Na dachach niektórych świątyń znajdują się krzyże. Nie wiem jak Wam, ale mnie się takie rozwiązania bardzo podobają. Każdy chyba wolałby patrzeć na uroczą pandę czy Myszkę Miki, niż na ustawione w zwykłych rzędach moduły. Żałuję tylko, że te większe projekty najlepiej są widoczne z lotu ptaka.

Fotowoltaika – czy to się opłaca?

Jak każda technologia, ta także posiada zwolenników i przeciwników. Korzystanie z takiego rozwiązania ma swoje plusy i minusy. Zawsze trzeba wykonać swoisty rachunek sumienia. Głośno mówi się o ochronie środowiska. Jest to niewątpliwie ogromna zaleta, a kolektory słoneczne są, zaraz po elektrowniach wiatrowych, najbardziej przyjazne otoczeniu. To czysty, cichy i praktycznie bezobsługowy sposób pozyskania energii. Podczas procesu przetwarzania promieni słonecznych nie występuje emisja dwutlenku węgla oraz innych toksycznych substancji do atmosfery. Same ogniwa również są przyjazne otoczeniu, gdyż nie zawierają szkodliwych płynów, które mogłyby się ulotnić w momencie uszkodzenia. Niestety sam proces produkcji nie jest tak nieinwazyjny i bezpieczny dla środowiska. Również dla osób w nim uczestniczących. Do wytworzenia ogniw wykorzystuje się substancje toksyczne i wybuchowe. Pracownicy hal produkcyjnych narażeni są na wdychanie pyłu krzemowego. Częste i długotrwałe przebywanie w takich warunkach prowadzi do pylicy,choroby zawodowej znajdującej się w czołówce spisu. Oprócz wspomnianego pyłu, pracownik narażony jest na obcowanie z kwasem solnym, siarkowym czy azotowy. Największe zagrożenie dla środowiska stanowią elementy zawierające kadm oraz moduły krzemowe. Jednak to nie sam krzem negatywnie wpływa na otoczenie, lecz zawarty w tych elementach ołów. Cierpi także gospodarka wodna. Wraz z nowoczesnymi technologiami produkcyjnymi, zwiększa się zapotrzebowanie na wodę. Uśredniona wartość sięga setek i tysięcy litrów na minute. Wiąże się to z koniecznością powstawania kolejnych oczyszczalni zanieczyszczonej wody. Powoduje to wzrost kosztów produkcji paneli. Pomimo, iż proces produkcji niesie za sobą pewnie ryzyko, jest on i tak bezpieczniejszy i mniej szkodliwy niż procesy wytwarzania energii konwencjonalnej.

Niewątpliwie zaletą jest też trwałość. Producenci chwalą się i przebijają w okresach bezawaryjności produktów. Inwestycja na lata. Przez pierwsze 20 lat użytkownik paneli nie powinien zgłaszać jakichkolwiek awarii. Po 40 latach powinny jeszcze teoretycznie wytwarzać energię. Dlatego też producenci dają klientowi gwarancję średnio na okres od 5 do 15 lat, przy założeniu od 25 do 30 lat eksploatacji. Warto wspomnieć, że panele słoneczne są odporne na takie warunki atmosferyczne jak burza, grad czy temperatury poniżej -30 stopni Celsjusza. Potencjalnych klientów nie powinien również zniechęcić fakt absorbowania energii świetlnej tylko przy dobrej pogodzie. W momencie gdy słońce mocno operuje powstaje nadwyżka energii. Jest ona wykorzystywana kiedy ekspozycja na promienie jest mniejsza. Być może już niedługo, ten problem będzie całkowicie rozwiązany.\

Na twarzach wielu osób maluje się zwątpienie, kiedy pojawia się temat kosztów instalacji. Aktualnie, ceny pojedynczych paneli wahają się od około 600 do 1800 zł. Oczywiście, do tego należy doliczyć wartość całego osprzętu, który pozwoli nam monitorować i w pełni wykorzystywać przetworzoną energię słoneczną. Uwierzcie mi, to nie są kosmiczne kwoty. W latach 70′ kolektory kosztowały aż 10000%, a 15 lat temu 200% obecnej ceny. Można też uzyskać dotację lub leasing na zakup i montaż domowej czy też większej elektrowni słonecznej. Taki wydatek zwróci się po okresie od 7 do nawet 20 lat przy ogrzewaniu węglem. Nieruchomość z zamontowanym kolektorem słonecznym ma większą wartość rynkową. Przy sprzedaży domu, jest niewątpliwy plus.

Konserwacja także nie powinna przerażać potencjalnego klienta. Raz w roku należy dokonać czyszczenia paneli słonecznych. Odważniejsi zapewne będą próbować czyścić samemu. Nie jest to zbyt mądrym posunięciem, gdyż upadek z kilku metrów może być bolesny. Jeśli jednak ktoś się zdecyduje, pamiętajmy o asekuracji, uprzężach i drabinie. Bezpieczniejszym, choć i zarazem kosztowniejszym rozwiązaniem jest wynajęcie firmy. Pracownicy są wyposażeni w podnośniki, drabiny, uprzęże i odpowiedni strój. Wszystko oczywiście musi spełniać normy i wytyczne BHP (bezpieczeństwo i higiena pracy). Dodatkowo używają specjalnych myjek i szczotek na wysięgnikach. Jest to dużo bezpieczniejsze niż chodzenie po dachu, zwłaszcza bez zabezpieczenia.
Ostatnim argumentem, który chciałbym przedstawić jest niezależność. Szczęśliwcy czerpiący energię z paneli słonecznych są samowystarczalni. Każdy, przynajmniej raz przerabiał przerwę w dostawie prądu. Czasem jest to godzina, a innym razem nawet kilka dni. Światło, pralka, zmywarka, większość nawet nie ma ciepłej wody, bo piece są podpięte do prądu. Największą bolączką jest niemożność naładowania telefonów. Kiedy posiadasz ogniwa słoneczne, awarie i przerwy w dostawie prądu Ciebie, drogi czytelniku, nie dotyczą. Czy wiecie, że wielu dostawców energii elektrycznej narzuca wyższe stawki w godzinach kiedy zapotrzebowanie na prąd jest większe?

Na jaki system się zdecydować?

Oczywiście zakres oszczędności i korzyści jakie można uzyskać posiadając swoją własną elektrownie słoneczna, zależy od rodzaju systemu na który decyduje się kupujący. Sprzedawcy wyróżniają trzy. Pierwszy to system prosty. Zgodnie z nazwą, nie jest on skomplikowany. Całość składa się z ogniw i sterownika,a urządzenie jest bezpośrednio zasilane. Takie rozwiązanie sprawdzi się tylko w przypadku odbiornika, który jest przystosowany do zasilania prądem stałym o niskim napięciu.
Drugi to system umiarkowany. Znajdziemy w nim ogniwa, sterownik oraz falownik. Jego zdaniem jest zamiana prądu stałego o niskim napięciu w prąc zmienny (230 V). Taki układ sprawdzi się przy urządzeniach dostosowanych do zasilania z sieci publicznej.

Niestety, żadne z powyższych rozwiązań nie pozwala na magazynowanie pozyskanej energii. Jeśli słońce zajdzie lub akurat będzie pochmurny dzień, dopływ prądu z ogniw jest niemożliwy.
Producenci znaleźli na to rozwiązanie i proponują Nam system profesjonalny. Oprócz ogniw, sterownika i falownika zawiera akumulatory. Pozwoli Nam to na magazynowanie energii pozyskanej w nadmiarze i wykorzystanie jej kiedy będziemy tego potrzebować. Takie systemy mogą zostać podpięte do sieci publicznej, a także jako samodzielne źródła zasilania.

Ostanie rozwiązanie przynosi posiadaczom największe korzyści. Jak już pisałam, można zmagazynować nadwyżkę energii i wykorzystać w pochmurny dzień, kiedy ogniwa nie są ładowane. Dostawcy prądu również chętnie odkupią każdą ilość nadprogramowej energii. Być może niebawem pojawi się na rynku kolejna nowinka technologiczna, o której już Wam wspomniałam.

No dobrze, ale jak to działa?

Kiedy zapytałam mojego ośmioletniego syna, odpowiedział mi prosto lecz z sensem. Gdy jego robot z wbudowanym ogniwem słonecznym jest pozostawiony na słońcu, ładuje się i można się nim później bawić. Trafił w sedno. W momencie kiedy światło, czyli nasze promieniowanie, jest skierowane na dowolne ciało stałe następuje wytwarzanie siły elektromagnetycznej. To właśnie niej zawdzięczamy przepływ prądu w obwodach elektrycznych. Zadaniem ogniw słonecznych, jest zamiana energii promieniowania świetlnego (inaczej elektromagnetycznego) pozyskanego ze światła, w użytkową energię elektryczną – na tym polega fotowoltaika. Ta jest Nam niezbędna do nawet najprostszych codziennych czynności. Można też śmiało stwierdzić, że zasada działania ogniw jest podobna do procesu fotosyntezy. Roślina pozyskuje niezbędne wartości odżywcze, można powiedzieć energię potrzebną do wzrostu, właśnie z promieni słonecznych. Zainspirowani fenomenem liści, naukowcy w XIX w. podjęli próbę zbudowania ich sztucznego odpowiednika. Pierwsze kroki na drodze do sukcesu postawił francuski fizyk. W sowich padaniach zaobserwował, iż słońce padające na pewne substancje wywołuje przepływ prądu. Jednak pierwsze ogniwo powstało dopiero pół wieku później. Do jego budowy użyto selenu i złota. Projekt ten nie przyniósł oczekiwanych efektów, ponieważ zamieniał w prąd tylko 1% absorbowanego światła. Kolejną próbę podjęto w 1927 roku. Powstało wtedy ogniwo z wykorzystaniem miedzi i tlenku miedziowego. W tym przypadku testy również nie przyniosły spodziewanych efektów. Pomimo negatywnych wyników, oba rodzaje ogniw znalazły zastosowanie w urządzeniach światłoczułych, jak fotometry, które są używane w fotografice. Niecałe 15 lat później zbudowano krzemowe ogniwo słoneczne. Użyty krzem znacznie zwiększył wydajność sztucznych liści. Badania i ulepszanie wynalazku było rozciągnięte w czasie. Ludzie niespecjalnie interesowali się ekologią i odnawialnym źródłami energii, przez co środki na rozwój badań były ograniczone. Następnym osiągnięciem było, zademonstrowane przez trzech amerykanów, krzemowe ogniwo z większą już wydajnością. W porównaniu z pierwszymi prototypami, te najnowsze uzyskiwały prąd z większej o 5% ilości absorbowanego światła. To był niewątpliwy sukces w dziedzinie nauki i techniki. Dopiero na koniec lat 80 XX w. powstały ogniwa z użyciem arsenku galowego, a to zwiększyło wydajność do 20%. Następnie osiągnięto próg 37%. Naukowcy, technicy, inżynierowie cały czas próbują udoskonalić „sztuczne liście”, aby jak największa ilość z absorbowanego światła była wykorzystywana i przetwarzana na prąd użytkowy. Obecnie ogniwa krzemowe są w stanie wygenerować około 20% z zasobów absorbowanego światła. To nie koniec, naukowcy aktualnie pracują na ogniwami, które pozyskają energię słoneczną także w nocy. Jak to możliwe? Odpowiedzią na to pytanie jest nanotechnologia. W słoneczny dzień, ogniwa czerpią energię z padających na nie promieni słonecznych. Ziemia również. Jest ona świetnym magazynem i właśnie w niej, wieczorem znajduje się duża ilość energii. Nowatorski projekt ma na celu wydobycie jej, właśnie w godzinach nocnych. Oparcie paneli na nanotechnologii, ma zagwarantować wzrost wykorzystania zabsorbowanej energii aż do 80%. Inni naukowcy, chcą być jeszcze bardziej ekologicznym, zaprezentował niedawno ogniwo organiczne. Zdziwienie wywołał fakt, iż wydajność energetyczna utrzymuje się na poziomie aż 15%. Jest to niewiele mniej niż posiadają obecnie wykorzystywane. Dodatkowo największa sprawność powinna utrzymać się przez 20 lat. Do produkcji ogniw organicznych nie jest wykorzystywany krzem, a produkcja okazała się dużo tańsza. Czyżby miały one wyprzeć stosowane obecnie rozwiązanie? Jest na to duża szansa. Nowe panele mają być lekkie, cienkie i elastyczne, dzięki czemu z łatwością dopasują się do każdej powierzchni. Będą też bardziej wpasowywały się w trendy i gusta. Powstanie paleta kolorów, w jakich można zamówić produkt. Znajdą się również panele przezroczyste. Nieustraszeni naukowcy, mają już pomysł na wykorzystanie nowego wynalazku. Planują stworzenie odzieży solarnej, która będzie generowała prąd elektryczny. Czyli idąc na spacer, można będzie jednocześnie ładować telefon? Bardzo dobre rozwiązanie. Wkrótce, wydajność ogniw organicznych powinna wzrosnąć do 18%, a twórcy nie wykluczają wprowadzenia rozwiązania na rynek zbytu. Trzymamy kciuki i życzymy powodzenia.

Jak widzicie, pomimo garstki minusów jakie udało mi się znaleźć, plusów jest znacznie więcej. Pamiętajmy, że zakup nie musi się wiązać z dużym wydatkiem, możemy uzyskać leasing na kolektory słoneczne oraz dotacje około 40%. Mamy możliwość stania się szczęśliwymi posiadaczami darmowej energii pozyskiwanej w cichy, czysty i prawie bezobsługowy sposób. Nadwyżkę chętnie odkupią dostawcy prądu, a to wspomoże nasz domowy budżet. Moim zdaniem, zakup paneli słonecznych jest bardzo dobrym posunięciem i inwestycją na lata.