Wodtke wokól kominka

Wokół kominka

Fotowoltaika - czy to się opłaca?

autor: Krzysztof Pałka prezes fundacji IntelEko.pl

Około 90% energii w Polsce pochodzi z surowców kopalnych - głównie z węgla kamiennego, który emituje do atmosfery wiele szkodliwych związków. Dodatkowym problemem obecnej energetyki są ogromne straty energii na przesyle z elektrowni do odbiorców końcowych. Działania Unii Europejskiej, przez rosnące opłaty za emisję do atmosfery głównie CO2, zmierzają do ograniczenia wykorzystania surowców kopalnych. Promuje się energię odnawialną, która do roku 2020 stanowić ma min. 20% udziału w całym bilansie energetycznym wspólnoty.

fotolia_57454522_xl.jpgpin
Zobacz całą galerię

Istotnym rozwiązaniem powyższych problemów wydają się być małe przydomowe elektrownie, dające możliwość zaspokojenia podstawowych potrzeb gospodarstwa domowego. Częściowa samowystarczalność gospodarstw w kwestii energii pozwoliłaby na zmniejszenie wykorzystywania węgla i gazu ziemnego, a co za tym idzie ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Zanim to jednak nastąpi, należy przeanalizować sens ekonomiczny takich rozwiązań. Nowe regulacje prawne dają nadzieję na szybki ich rozwój, dotyczy to zwłaszcza fotowoltaiki.

Wzrost zużycia energii oraz malejące zasoby naturalne, spowodowały zwiększenie zainteresowania energetyką odnawialną. Jednak w każdej gospodarce ważnym aspektem jest ekonomiczne uzasadnienie inwestycji. Już wkrótce wejdzie w życie nowa ustawa o prawie energetycznym i przyczyni się ona do wielkich zmian w podejściu do energetyki odnawialnej, co zwiększy opłacalność inwestowania w różne jej formy. Pozyskiwanie energii elektrycznej bezpośrednio ze Słońca przy pomocy paneli fotowoltaicznych, jest najpopularniejszą i dynamicznie rozwijającą się dziedziną energetyki odnawialnej, zatem warto zastanowić się, jakie są główne aspekty dotyczące opłacalności jej wdrażania.

Pierwszym, ważnym kryterium, które należy wziąć pod uwagę podczas montowania paneli, są WARUNKI LOKALIZACYJNE. Panele zajmują wiele miejsca, można je instalować jako wolnostojące lub wsparte na konstrukcji budynków. Łatwiejsze i tańsze jest zbudowanie instalacji wolnostojącej, lecz wymaga to posiadania dużego, niezalesionego, odsłoniętego terenu. Większość domów jednorodzinnych jest umiejscowiona na małych działkach, zwykle otoczonych innymi domami oraz drzewami.

W takim wypadku jedynym wyjściem jest montaż konstrukcji fotowoltaicznych na dachach. Jeśli chodzi o ich lokalizację, dobre jest właściwie każde miejsce, na które bezpośrednio padają promienie słoneczne - najlepsze są jednak połacie dachowe skierowane dokładnie na południe, o nachyleniu od 32 do 35 stopni. W praktyce do montażu paneli nadają się w zasadzie wszystkie dachy oraz elewacje, poza elewacją północną. Na dachach płaskich panele można ustawić z wykorzystaniem konstrukcji wsporczej, tak aby zapewniały one optymalny odbiór energii.

EFEKTYWNOŚĆ można dodatkowo podnieść poprzez instalację głowicy heliocentrycznej i automatycznego sterowania, tzw. śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT, Maximum Power Point Tracking). Ruchome konstrukcje zapewniają optymalne ustawienie w każdych warunkach. Zadaniem głowicy heliocentrycznej jest wykrycie odpowiedniego natężenia promieniowania Słońca oraz określenia kąta padania jego promieni. Panele obracają się we właściwą stronę i dostosowują kąt nachylenia do położenia Słońca w ciągu dnia, stale utrzymując najwyższy stopień pozyskiwania energii. Rozwiązanie to pozwala na zwiększenie mocy uzyskiwanej z paneli o 25%. Niestety, budowa takich instalacji jest najdroższa, możliwa na powierzchniach poziomych lub o minimalnym nachyleniu, dlatego w domach mieszkalnych praktycznie jest nieopłacalna.

Zgodnie z ustawą dotyczącą odnawialnych źródeł energii, jakimi są instalacje fotowoltaiczne, przyjęty jest podział na:

  • mikroinstalacje, o mocy do 40 kW
  • małe instalacje, o mocy do 200 kW
  • instalacje duże o mocy powyżej 200 kW.

Ze względu na ograniczenia dotyczące powierzchni, na której mają być montowane panele oraz ułatwienia prawne, skoncentrujemy się na tych pierwszych.

Mikroinstalacje posiadają moce odpowiadające przeciętnemu zużyciu energii w domach jedno lub kilkurodzinnych. Z jednego metra kwadratowego paneli słonecznych można uzyskać zwykle od 100 do maksymalnie 250 W mocy elektrycznej. Powierzchnia dachu, względnie powierzchnia terenu przeznaczonego pod budowę baterii paneli fotowoltaicznych, ogranicza maksymalną moc instalacji, jaką da się zamontować na danym obiekcie czy terenie. Dla domów jednorodzinnych wystarczająca moc instalacji mieści się w przedziale od 4 do 10 kW i wymaga zwykle kilkudziesięciu metrów dachu do zabudowy.

Gdy już zostanie wybrane miejsce na instalację, trzeba zastanowić się, DO CZEGO BĘDZIE ONA SŁUŻYĆ. Czy uzyskiwana energia przeznaczona będzie wyłącznie na własne potrzeby czy do odsprzedaży? Może to być również rozwiązanie uniwersalne, łączące obie powyższe funkcje.

Instalacja przeznaczona do zaspokojenia własnych potrzeb musi być wyposażona w baterię akumulatorów, pozwalających na korzystanie z energii o różnych porach, również nocnych. Energia jest pozyskiwana przez cały dzień, jednak największa jej ilość powstaje wtedy, gdy większość ludzi jest poza domem - w pracy lub szkole, a wtedy niemal się jej nie używa. Dzięki baterii energia magazynuje się i jest wykorzystana w potrzebnym czasie.
W ostatnich latach obserwowany jest dynamiczny wzrost ilości tego rodzaju instalacji. Wynika to też z obecnych uwarunkowań prawnych, gdyż aktualne ceny odkupu energii elektrycznej, uzyskiwanej z odnawialnych źródeł są wyjątkowo niekorzystne dla małych producentów. Koszt zaoszczędzonej energii pochodzącej z własnego źródła, a nie z elektrowni, ma prawie czterokrotnie większą wartość od ceny, za jaką zostałaby ona sprzedana do sieci energetycznej. Rachunek ekonomiczny powoduje, że większość powstających instalacji jest przeznaczona do zaspokajania własnych potrzeb. Taki typ instalacji nazywany jest off-grid.

Drugim rozwiązaniem są instalacje ukierunkowane na sprzedaż wyprodukowanej energii – są to instalacje on-grid. Inwestycja jest tańsza, gdyż nie wymaga baterii akumulatorów niezbędnych do magazynowania energii elektrycznej.

Trzecim rozwiązaniem są instalacje uniwersalne, wyposażone w dwukierunkowe liczniki energii. W okresach, gdy instalacja wytwarza więcej energii, niż wynosi na nią chwilowe zapotrzebowanie, jest ona oddawana do sieci energetycznej. Natomiast w okresie zwiększonego zużycia energii jest wykorzystywana przez producenta, a brakującą ilość energii dostarcza się z sieci. Dzięki takiemu rozwiązaniu zapewniony jest stały dopływ prądu, a baterie akumulatorów stają się niepotrzebne.

Głównym elementem instalacji fotowoltaicznych są półprzewodnikowe panele słoneczne. Oprócz nich, konieczne są baterie akumulatorów lub dwukierunkowy licznik energii elektrycznej. Oczywiście to nie wszystko. Panele są źródłem prądu stałego o małym napięciu stałym, dlatego koniecznym elementem instalacji jest falownik, zwany zwykle przez producentów inwertorem. Falownik, dobrany mocą do planowanego zestawu paneli fotowoltaicznych, przemienia prąd stały na przemienny o napięciu 230 V i częstotliwości 50 Hz. W zależności od mocy i rodzaju instalacji wykorzystuje się jedno i trójfazowe falowniki. Przy doborze falownika należy pamiętać, aby spełniał on wymagania sieci.

CAŁA INSTALACJA SKŁADA SIĘ Z NASTĘPUJĄCYCH ELEMENTÓW: paneli fotowoltaicznych, falownika, konstrukcji montażowych paneli, okablowania, rozdzielnicy, zabezpieczeń, układu zdalnego monitoringu i dwukierunkowego licznika oraz sieci łączącej budynek z siecią energetyczną.

Panele składają się z wielu ogniw słonecznych, które pod wpływem promieniowania słonecznego wytwarzają energię elektryczną. Zespół ogniw zamontowanych w ramie i zabezpieczony przed uszkodzeniami (za pomocą folii etylo-winylo-octanowej i warstwy szkła) jest panelem. Poszczególne panele łączą się w zespoły zwane łańcuchami. Dla zapewnienia poprawnej pracy cała instalacja fotowoltaiczna musi być zbudowana z jednakowych paneli i ich łańcuchów.

Ogniwa słoneczne wykonywane są przeważnie z krzemu, lecz do produkcji ok. 10 - 15% ogniw używa się selenu. W zależności od technologii produkcji panele wykonywane są z krzemu monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego, zwanego też cienkowarstwowym. W zależności od użytej technologii, różnią się one ceną i sprawnością – najwyższą mają monokrystaliczne, a najniższą – cienkowarstwowe. Rodzaj można poznać po ich barwie. Zupełnie ciemne są monokrystaliczne. Te o zabarwieniu niebieskim, z dającymi się zauważyć kryształami, są polikrystaliczne. W amorficznych, które mają barwę bordową, nie da się zauważyć kryształów.

Na rynek wchodzą ogniwa II generacji: miedziowo-indowo-galowo-selenowe (CIGS) oraz takie, do produkcji których wykorzystuje się tellurek kadmu (CdTe). Wprawdzie ich sprawność plasuje się między ogniwami cienkowarstwowymi a polikrystalicznymi, jednak ich cena nie jest wysoka, dzięki czemu wydają się dość ekonomicznym rozwiązaniem.

Na razie jeszcze nie są oferowane ogniwa III generacji. Trwają cały czas prace badawcze nad ogniwami barwnikowymi DSSC (Dye Sensitized Solar Cells), wykorzystującymi zjawisko sztucznej fotosyntezy. Osiągają one podobną sprawność jak ogniwa II generacji, ale do ich efektywnego działania niezbędne jest mniejsze natężenie oświetlenia. Mogą wykorzystywać one promieniowanie odbite i są półprzejrzyste, dzięki czemu można będzie z nich wykonywać elewacje budynków, zwiększając w ten sposób ich aktywną powierzchnię.

W celu umożliwienia porównywania parametrów paneli słonecznych przyjęto warunki, w jakich odbywa się pomiar ich mocy. Dokonuje się go przy nasłonecznieniu 1000 W/m2, przy temperaturze ogniwa 25 oC i widmie promieniowania AM 1,5.

Podstawowym parametrem ogniwa panelu jest jego moc maksymalna, która mierzona jest na wyjściu z panelu, przed przetworzeniem przez inwerter. Moce te są różne, od ponad 100 do 300 Wp. Indeks „p” służy do zaznaczenia, że chodzi o maksymalną moc uzyskiwaną z panelu w danych wyżej warunkach.

Kolejnym parametrem jest napięcie uzyskiwane w chwili osiągania przez panel maksymalnej mocy. Napięcie to jest mierzone przy podłączonym obciążeniu znamionowym i wynosi od kilkunastu do ok. 30 V DC.

Ponadto dla paneli określane są graniczne parametry pracy. Warunki pracy są określane temperaturami granicznymi zazwyczaj z przedziału od -40 do 85 oC.

Przy planowaniu pokrycia dachu panelami istotnym parametrem są ich wymiary. Szerokość najczęściej waha się od 0,6 do 1 m, natomiast długość ok 1,5 m. Wymiary ogniw nie mają znaczenia dla inwestora, ale masa modułu z pewnością wpływa na konstrukcję dachu. Wstępnie można przyjąć masę 1 kg na każde 10 W mocy panelu.

Panele fotowoltaiczne posiadają wiele zalet, dzięki którym cieszą się coraz większym zainteresowaniem. Jedną z nich jest wysoka trwałość, określana na 25 do nawet 35 lat. Producenci najczęściej udzielają gwarancji na 10 - 15 lat. Trwałość instalacji zależy też od konstrukcji, gdyż półprzewodniki wykorzystywane do produkcji energii są podatne na uszkodzenia. Zasadniczy wpływ na ich trwałość mają mechaniczne zabezpieczenia, metalowa rama, folia ochronna oraz hartowane szkło. Taka budowa zapewnia ochronę przed gradem, ptakami i gałęziami drzew.

Dla osób świadomych wpływu człowieka na środowisko, niebagatelną rolę odgrywa dbałość o otoczenie. Panele słoneczne są najbardziej ekologicznym sposobem pozyskiwania energii, nie mają żadnego negatywnego wpływu na środowisko naturalne, przez cały okres eksploatacji nie emitują szkodliwych substancji do atmosfery.

Panele są urządzeniami praktycznie bezobsługowymi. Wprawdzie wskazane jest okresowe sprawdzanie ich czystości i usuwanie zabrudzeń, ale nie wymaga to wielkiego nakładu czasu, ani nie sprawia większych trudności. Jednak niezależnie od dbania o same panele warto jest dokonywać okresowego przeglądu, aby zapobiec ewentualnemu obniżeniu ich wydajności.

W myśl projektu ustawy o OZE, już wkrótce nastąpią wyraźne zmiany, ustawa ma wspierać inwestowanie w odnawialne źródła energii. Z racji swoich zalet największym zainteresowaniem twórców ustawy jest fotowoltaika, dlatego dla małych wytwórców przyjęto pakiet ułatwień. Właściciele mikroinstalacji do 40 kW będą praktycznie zwolnieni ze starań o pozwolenia, zgody czy występowania o warunki. Przyjęto, że czerpanie korzyści z eksploatacji mikroinstalacji nie jest działalnością gospodarczą, nie ma potrzeby rejestrowania firmy. Instalacje, które nie są budowlami, nie wymagają pozwoleń na budowę, nie potrzebują uzgodnień z miejscowym zakładem energetycznym. W myśl nowej ustawy wystarczy pisemne powiadomienie dostawcy energii, a do zgłoszenia nie będzie potrzebne dołączanie projektu instalacji, wystarczy opis oraz specyfikacja urządzeń. W szczególności dotyczy to falowników, na wyjściu których musi pojawiać się prąd o parametrach odpowiadających sieci.

Kolejnym bardzo korzystnym zapisem ustawy jest likwidacja opłat za dwukierunkowy układ pomiarowy oraz ewentualne przyłącza, inwestor zwolniony jest ze wszelkich opłat przyłączeniowych. Inną ważną zmianą korzystną dla inwestorów jest zwolnienie ich z obowiązku starania się o koncesję.

Gdyby prąd uzyskiwany z instalacji solarnej, w połowie wykorzystywany był na własne potrzeby, a w połowie do odsprzedaży, to koszt zwrotu inwestycji nastąpiłby najpóźniej po niespełna 12 latach.

Obserwując obecne tendencje, stwierdzić można, że inwestować w fotowoltaikę warto. Przemawiają za tym względy ekologiczne, a przy odpowiednim systemie dopłat również ekonomiczne. Za kilka lat okaże się czy uwarunkowania te są wystarczające do tego, aby społeczeństwo przekonało się do zielonej energii. 

© selensergen - Fotolia.compin

Komentarze (0)

Zaloguj się aby skomentować artykuł
Zaloguj się
facebook Twitter Google+

Nasi partnerzy

Kominki polski
Pasywny Budynek
IntelEko.pl
Ogrzewnictwo.pl
Kominek