O tajnikach działania systemu instalacji fotowoltaicznej, opłacalności tego typu proekologicznych rozwiązań, przyszłości sektora Odnawialnych Źródeł Energii  i wkładzie śląskiej uczelni w pracę nad rozwojem nowych technologii przy równoczesnej ochronie klimatu  mówi dr inż. Marcin Szczygieł, Prodziekan ds. Współpracy i Rozwoju, Wydział Elektryczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach.

Jak działa fotowoltaika? Na czym generalnie polega instalacja fotowoltaiczna?

Ogniwa fotowoltaiczne (PV), znane również jako ogniwa słoneczne, zamieniają energię światła słonecznego bezpośrednio na energię elektryczną. Fotowoltaika bierze swoją nazwę od efektu polegającego na przekształcaniu energii świetlnej (fotonów) w energię elektryczną, co jest znane jako efekt fotowoltaiczny. Pojedyncza jednostka fotowoltaiczna nazywana jest ogniwem słonecznym. Takie pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne są na ogół małe, zwykle wytwarzające moc około 1 lub 2 watów. Aby zwiększyć moc wyjściową ogniw fotowoltaicznych, łączy się je ze sobą w łańcuchy, tworząc większe jednostki identyfikowane jako moduły lub powszechnie nazywane panelami. Panele mogą być używane niezależnie (pojedynczo) lub można je łączyć w grupy tworząc tzw. tablice. W typowych instalacjach fotowoltaicznych grupy paneli tworzą elektrownię, która może być przyłączona do sieci elektrycznej. Dzięki tej modułowej konstrukcji systemy fotowoltaiczne mogą być montowane w celu spełnienia wymagań dotyczących ilości energii elektrycznej jaka  jest potrzebna odbiorcy.

Instalacja fotowoltaiczna złożona jest z konstrukcji nośnej (np. systemów balastowych GRAM-BOX stanowiących innowacyjne rozwiązanie dla instalacji modułów PV), paneli fotowoltaicznych, przekształtnika DC/AC – falownika i licznika. Energia wytworzona ze słońca jest dostarczana do odbiorników czyli  oświetlenia, urządzeń AGD, czy też innowacyjnych i niezawodnych urządzeń grzewczych jakimi są kotły elektrodowe ECO POWER. Może być również dostarczana do akumulatorów stanowiących magazyny energii lub do sieci elektrycznej. 

System fotowoltaiczny czyli nasza przydomowa elektrownia może pracować na dwa sposoby: pierwszy z nich to „Off Grid”, a drugi jako „Grid Connected”. „Off Grid” jako system fotowoltaiczny jest samodzielny i niezależny, co oznacza, że nie jest powiązany z główną linią zasilania elektrycznego ani z systemem dystrybucji energii elektrycznej. Tym samym użytkownik jest zmuszony wykorzystywać  akumulatory („banki energii”) do przechowywania wytworzonej energii elektrycznej. System „Grid Connected” jest połączony z siecią główną lub firmą dystrybucyjną energii elektrycznej, a nadwyżka energii może być przesłana do sieci elektrycznej lub zostać sprzedana firmie zajmującej się dystrybucją energii elektrycznej.

Na dachu, w przestrzeni otwartej, na balkonie – gdzie można montować panele?

Panele fotowoltaiczne należy montować w otwartej przestrzeni, w miejscach niezacienionych stale lub czasowo w ciągu dnia. Najlepiej do tego celu nadają się dachy zarówno płaskie jak i skośne oraz grunt. W obecnym czasie coraz częstszym widokiem są pola i łąki pokryte instalacjami fotowoltaicznymi wytwarzającymi od kilkudziesięciu do kilkuset kW energii elektrycznej. Ustawienie paneli słonecznych może być wykonywane w kierunku południowym lub w układzie wschód-zachód, oczywiście jest to warunkowane usytuowaniem budynku lub układem farmy elektrycznej. 

Czy fotowoltaika się opłaca? Dlaczego warto promować takie działania na rzecz jakości powietrza?

Fotowoltaika się opłaca wszystkim, przede wszystkim nam jako odbiorcom energii elektrycznej jak i środowisku czyli znowu nam. Wiele osób negatywnie nastawionych do tego typu rozwiązań zarzuca, że są to produkty wytwarzane na skalę masową i ich produkcja jest szkodliwa dla środowiska. Oczywiście wytwarzanie dzisiaj czegokolwiek ma wpływ na środowisko naturalne, jednak jeżeli będziemy korzystać z odnawialnych źródeł i będziemy ograniczać emisję CO2 oraz pyłów zawieszonych, tym samym przyczyniamy się do poprawy klimatu, który w ciągu ostatnich dziesięcioleci został zniszczony. Kilkuletnie, kilkudziesięcioletnie lub kilkusetletnie drzewo przetwarza CO2 i wytwarza tlen, który jest nam tak bardzo potrzebny do życia, skoro natura robi tak wiele dla nas to możemy również zrobić coś dla niej przez takie działania proekologiczne przy zachowaniu naszego komfortu życia.

Czy istniejące programy dofinansowania montażu takich ekologicznych rozwiązań są wystarczającą zachętą?

Istniejące formy dofinansowania są bardzo dużą zachętą do korzystania z nowoczesnych rozwiązań wytwarzania energii w ramach OZE. Pomimo spadku wysokości dotacji zainteresowanie odbiorców energii instalacjami fotowoltaicznymi stale rośnie. Moim zdaniem najlepsze rozwiązania to uproszczenie systemu rozliczeń pomiędzy dystrybutorem i wytwórcą oraz zniesienie limitów do dofinansowania pojedynczych instalacji. Mając na uwadze proces rozrostu energetyki słonecznej u „producentów” indywidualnych można na podstawie umów planować rozwój instalacji fotowoltaicznych a tym samym gwarantować stabilność zarówno systemu elektrycznego jak i stabilność portfela konsumentów i dystrybutorów.

Według danych Instytutu Energetyki Odnawialnej rynek fotowoltaiki (PV) rozwija się najszybciej ze wszystkich sektorów OZE w Polsce. Czy rzeczywiście te tendencje są widoczne?

Tak rzeczywiście się dzieje. Większość naszych urządzeń w domach jest na prąd, a w niektórych przypadkach są to wyłącznie urządzenia elektryczne. Tym samym koszt energii elektrycznej jest dla nas bardzo istotnym czynnikiem. Obserwując nawet nasze najbliższe otoczenie zauważamy bardzo dynamiczny wzrost nowych instalacji fotowoltaicznych, zarówno tych mniejszych instalacji ale coraz częściej dużych instalacji i farm elektrycznych. Podłożem takiego stanu są dwa główne aspekty. Pierwszy to obawa indywidualnego użytkownika energii przed wzrostem cen energii elektrycznej i możliwość jej samodzielnego wytwarzania na potrzeby własne, drugim jest zwiększenie świadomości działań proekologicznych i przekierowywanie się na energię elektryczną a szczególnie na tą „zieloną”. 

Niektórzy twierdzą, że fotowoltaika przestanie być opłacalna, bo 1 stycznia 2022 r.  wejdzie w życie nowelizacja Prawa energetycznego, zakładająca likwidację systemu opustów dla instalacji montowanych. Co to oznacza dla prosumentów i firm fotowoltaicznych?

Jeśli nowelizacja wejdzie w życie ulegnie zmianie system rozliczeń pomiędzy wytwórcą a dystrybutorem lub odbiorcą. Na chwilę obecną większość prognozuje, że nowe rozwiązania będą mniej opłacalne dla wytwórcy. Nie generalizowałbym tego podejścia, bo jak usłyszałem ostatnio od jednego z moich znajomych „…różnica na pewno będzie ale inwestycja w takim przypadku będzie się trochę dłużej spłacać…” i tutaj jest też racją, jeśli w perspektywie kilku lat mamy wytwarzać i korzystać ze swojej energii co znacząco zminimalizuje koszt naszego życia codziennego, to takie rozwiązanie jest słuszne. Moim zdaniem początkowo nastąpi chwilowe wstrzymanie zainteresowaniem dla takich rozwiązań ale trend wzrostowy zostanie jednak utrzymany.

Czy mimo tych przeszkód sektor solarny będzie rósł w siłę?

W 1839 r. Aleksander Edmund Becquerel, badając zachowania ciał stałych w elektrolicie, podczas naświetlenia jednej z nich zaobserwował zjawisko powstawania napięcia pomiędzy elektrodami zanurzonymi w elektrolicie. Sami widzimy, że pomimo upływu ponad 180 lat, fotowoltaika i rozwój ogniw fotowoltaicznych ma się coraz lepiej. Powstają nowe rozwiązania konstrukcyjne ogniw, wprowadzane są nowe materiały i technologie, które podnoszą ich sprawność a tym samym możliwość produkowania większej ilości energii elektrycznej z jednego metra kwadratowego powierzchni paneli. Nowoczesna technologia ogniw tandemowych, w których łączona jest technologia perowskitów z ogniwami krzemowymi już w najbliższej przyszłości umożliwi produkcję modułów fotowoltaicznych o mocy większej nawet o 35% niż w dotychczasowych rozwiązaniach, czyli zamiast dzisiejszych średnio 230W/m2 będziemy mieć około 310W/m2. Dla równowagi trzeba wiedzieć i pamiętać, że system elektroenergetyczny jest bardzo wrażliwy na wprowadzanie niestabilnych źródeł energii, niestabilnych bo produkują energię tylko w części cyklu dobowego, a ich moc jest zależna od ilości światła. Każda technologia ma swoje silniejsze i słabsze strony, tak jest i tutaj bo z jednej strony ogromna ilość energii elektrycznej wytwarzanej przez wbudowany system fotowoltaiczny zachęca do korzystania ze źródła energii słonecznej, z drugiej strony stosowanie ogniw fotowoltaicznych prowadzi do nowych inicjatyw w zakresie planowania i rozwoju systemu elektroenergetycznego, poprawy jakości energii znajdującej się w sieci, procesu działania i sterowania rozdziałem energii, bezpieczeństwa systemu i użytkownika itp. 

Czy na Politechnice Śląskiej prowadzone są badania nad fotowoltaiką?

Na Politechnice Śląskiej w ramach jednego z Priorytetowych Obszarów Badawczych – Ochrona klimatu i środowiska, nowoczesna energetyka, a w którym mam przyjemność być jednym z koordynatorów podobszaru badawczego, naukowcy naszej uczelni nieustannie pracują nad badaniami i rozwojem m.in. sektora energetycznego i odnawialnych źródeł energii, w tym systemów fotowoltaicznych. Czynny udział w tych badaniach biorą m.in. Wydział Elektryczny oraz Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej. Stale obserwujemy zainteresowanie środowisk biznesowych wdrażaniem nowych pomysłów i myśli technologicznej w coraz to lepsze rozwiązania. Jako największa uczelnia techniczna regionu i jedna z najbardziej liczących się jednostek badawczych w Polsce jesteśmy poniekąd zobligowani do pracy nad rozwojem nowych technologii przy równoczesnej ochronie klimatu, co szczególnie na Śląsku jest bardzo widoczne. Ja osobiście, jako przedstawiciel Wydziału Elektrycznego Politechniki Śląskiej, współpracując z otoczeniem społeczno-gospodarczym obserwuję, że sektor solarny ma się bardzo dobrze. Na podstawie obserwacji rynku koncentrującego się wokół fotowoltaiki i  powstających nowych inwestycji i inicjatyw w tym obszarze oraz na podstawie tego co nadmieniłem powyżej mogę z pewnością stwierdzić, że przed sektorem solarnym widzę jeszcze wiele lat pomyślnego rozwoju zarówno ze strony naukowo-technologicznej, jak też biznesowej. 

Rozmawiała Jaga Kolawa

Za treści zawarte w publikacji dofinansowanej ze środków WFOŚiGW w Katowicach odpowiedzialność ponosi Redakcja.