Perspektywy rozwoju instalacji fotowoltaicznych w Polsce
Niekorzystne zmiany klimatyczne są kluczowym powodem, dla których obserwuje się dynamiczny rozwój ekotechnologii na całym świecie. Jedną z metod ograniczenia ilości emitowanych gazów cieplarnianych jest częściowe zastępowanie stosowanych w produkcji energii elektrycznej i cieplnej paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii.
Fotowoltaika ma szansę stać się w XXI w. ważnym źródłem energii na całym świecie. Systemy fotowoltaiczne, przetwarzające energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną, wpisują się w strategię zrównoważonego rozwoju dzięki stałemu technologicznemu procesowi i znaczącej redukcji kosztów.
Z punktu widzenia ochrony środowiska, w porównaniu do produkcji energii elektrycznej w oparciu o paliwa kopalne, każdy kW instalacji fotowoltaicznej pozwala zaoszczędzić do 16 kg NOx i 9 kg SOx, a jednocześnie od 600 do 2300 kg CO2, w zależności od składu paliwa i natężenia promieniowania słonecznego1.
Instalacja fotowoltaiczna składa się z szeregu modułów fotowoltaicznych i musi być wyposażona w układ do akumulowania wyprodukowanej energii (baterię akumulatorów). Może też korzystać z podłączenia do sieci elektroenergetycznej, do której moduły oddają nadwyżki energii, a w sytuacji, gdy system produkuje jej za mało – czerpać energię z sieci (rysunek).
Główne składniki systemu fotowoltaicznego
Obszary zastosowań
Jest kilka obszarów, w których można zastosować systemy fotowoltaiczne. Przykładowo samodzielne systemy energetyczne (Off-grid, Stand-alone) – dostarczają energię elektryczną do tych obszarów w krajach rozwijających się, które nie mają dostępu do publicznej sieci elektroenergetycznej (ok. 1,7 biliona ludzi na świecie żyje obecnie bez bezpośredniego dostępu do elektryczności). Z kolei przemysłowe instalacje Off-grid to samodzielne systemy fotowoltaiczne, które znajdują zastosowanie głównie w telekomunikacji, a także na terenach wiejskich i oddalonych od sieci elektroenergetycznej. Systemy dołączone do sieci (Grid-connected) mogą być natomiast stosowane w budynkach prywatnych, biurowcach i budynkach użyteczności publicznej, które stanowią obszar znacznego rozwoju dla systemów instalowanych na dachach i fasadach budynków, dołączonych do sieci elektroenergetycznej, a w szczególności systemów zintegrowanych z budynkiem (BIPV – Building Integrated PV). W systemach dołączonych do sieci konieczne jest zastosowanie jednego lub kilku inwerterów, przekształcających napięcie stałe (DC) na dwu- lub trójfazowe zmienne napięcie o częstotliwości sieciowej (AC). Głównym celem BIPV jest uzyskanie czystej i estetycznej formy architektonicznej budynku z instalacją PV, która jest w tym wypadku wielofunkcyjna: oferuje zabezpieczenie przed nadmiernym nasłonecznieniem, stanowi pokrycie dachu i spełnia funkcję elewacji. W tym wypadku większość energii może być zużywana „na miejscu”.
Ogniwa i moduły fotowoltaiczne są szeroko stosowane także do zasilania zegarków, kalkulatorów i zabawek, zraszaczy przeciwpożarowych, znaków sygnalizacji drogowej, oświetlenia i budek telefonicznych, szczególnie w miejscach oddalonych od sieci elektroenergetycznej.
Systemy fotowoltaiczne mogą również wchodzić w skład układów hybrydowych i pracować w połączeniu z turbinami wiatrowymi (rozwiązanie szczególnie korzystne na wyspach) lub generatorami dieslowskimi.
Przykłady światowe…
Na świecie – pośród instalowanych w ostatnich latach – dominują systemy dołączone do sieci elektroenergetycznej (grid-connected systems). W ciągu roku w tych systemach instaluje się ok. 600 MW, a łącznie z systemami samodzielnym i przemysłowym 1000 MW. Obserwuje się stały przyrost instalacji fotowoltaicznych – średnio 35% rocznie.
Występują znaczące różnice w udziale energetyki fotowoltaicznej w systemach energetycznych krajów europejskich.
Polska powinna brać przykład z krajów wysoko rozwiniętych, gdzie inwestycje w zakresie fotowoltaiki są z roku na rok coraz większe, ze szczególnym uwzględnieniem olbrzymich możliwości istniejących w budownictwie. Dla naszego kraju znakomitym przykładem jest rozwój sytuacji na rynku ogniw fotowoltaicznych w Niemczech, ponieważ oba kraje mają takie same warunki nasłonecznienia. W Niemczech program „100 000 Solar Roofs” odniósł ogromny sukces, co spowodowało wzrost podobnych inicjatyw w innych krajach europejskich (Szwajcaria, Austria), a także w USA („the Million Solar Roofs Initiative”) i Japonii („the 70 000 Roofs Programme”).
Zainstalowany w Polsce system o mocy 1 kW jest w stanie wyprodukować rocznie 960 kWh energii elektrycznej. Aby pokryć w 100% zapotrzebowanie pojedynczego gospodarstwa domowego (które wynosi ok. 2000 kWh/rok), wystarczy system o mocy 2 kW.
Scenariusz na 2020 r., z prognozą rozszerzoną do 2040 r.
… i polskie
W Polsce pracuje obecnie kilkadziesiąt instalacji fotowoltaicznych o małej mocy. Należą do nich: systemy nawigacyjne na Bałtyku, systemy demonstracyjne, służące w rolnictwie do suszenia i wentylacji, oświetlenie w indywidualnych domkach letniskowych, zasilanie świateł ostrzegawczych, system fotowoltaiczny na stacji BP w Warszawie (pracujący od 2001 r.).
Na kilku wyższych uczelniach powstały instalacje, pełniące funkcję dydaktyczno-badawczą – są to zarówno systemy samodzielne, jak i podłączone do sieci elektroenergetycznej (system o mocy 1 kW na budynkach szkoły średniej w Warszawie, pracujący od 2000 r., instalacja na Politechnice Szczecińskiej – od 1999 r.). Obok występujących w większości systemów stacjonarnych w 2006 r. powstała również instalacja nadążna (Politechnika Gdańska).
Poza barierą finansową nie istnieją żadne istotne powody braku perspektyw dla rozwoju inwestycji fotowoltaicznych w Polsce we wszystkich obszarach zastosowań. Ustawy Prawo energetyczne oraz Prawo ochrony środowiska wraz z kolejnymi zmianami oraz z pięcioma rozporządzeniami wykonawczymi, zamiast obowiązku zakupu energii elektrycznej z OZE dotyczącego przedsiębiorstw energetycznych, zajmujących się wytwarzaniem lub obrotem energią elektryczną i sprzedających tę energię odbiorcom końcowym, wprowadza obowiązek uzyskania i przedstawienia do umorzenia prezesowi URE świadectw pochodzenia albo uiszczenia opłaty zastępczej. Potrzeba zwiększenia udziału energii elektrycznej z OZE w stosunku do zużycia energii elektrycznej brutto wynika z konieczności dostosowania wielkości obowiązku do faktycznej i przewidywanej produkcji energii elektrycznej z OZE. Wobec faktu, że w 2005 r. zużyto w kraju 145 752 GWh energii elektrycznej, dostarczając odbiorcom końcowym 108 625 GWh, przyjęta na 2010 r. 7,5-procentowa wielkość produkcji energii elektrycznej z OZE, przy utrzymaniu obecnego tempa wzrostu zużycia energii elektrycznej, odpowiada wyprodukowaniu ok. 11 000 GWh. Przy obecnym, stabilnym wzroście ilości energii elektrycznej sprzedanej odbiorcom końcowym odpowiada to 10,5-procentowemu udziałowi energii elektrycznej wytworzonej w OZE w stosunku do energii elektrycznej dostarczonej tym odbiorcom2.
W tabeli przedstawiono scenariusz światowego rozwoju fotowoltaiki na rok 2020, z prognozą rozszerzoną do roku 20403.
Bariera do pokonania – koszt systemów PV
Na koszt instalacji fotowoltaicznej składa się wiele czynników: projekt, zakup elementów systemu (cena samych modułów fotowoltaicznych stanowi połowę kosztów całej instalacji), realizacja inwestycji. W polskich warunkach ekonomicznych niewielu inwestorów decyduje się na budowę instalacji fotowoltaicznej, podczas gdy np. w zakresie energetyki wiatrowej czy pomp ciepła ta bariera psychologiczna nie istnieje.
Obecnie szacuje się, że koszt zainstalowanego systemu dołączonego do sieci wynosi ok. 20 zł/Wp, jednakże w przypadku dwukrotnego wzrostu sprawności, zakładając stałą cenę modułów, w przyszłości całkowite koszty obniżą się o połowę. Możliwe jest pozyskanie dodatkowych środków w ramach różnych programów oraz preferencyjne kredytowanie.
Źródła
dr Ewa Klugmann-Radziemska
Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
Fotowoltaika ma szansę stać się w XXI w. ważnym źródłem energii na całym świecie. Systemy fotowoltaiczne, przetwarzające energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną, wpisują się w strategię zrównoważonego rozwoju dzięki stałemu technologicznemu procesowi i znaczącej redukcji kosztów.
Z punktu widzenia ochrony środowiska, w porównaniu do produkcji energii elektrycznej w oparciu o paliwa kopalne, każdy kW instalacji fotowoltaicznej pozwala zaoszczędzić do 16 kg NOx i 9 kg SOx, a jednocześnie od 600 do 2300 kg CO2, w zależności od składu paliwa i natężenia promieniowania słonecznego1.
Instalacja fotowoltaiczna składa się z szeregu modułów fotowoltaicznych i musi być wyposażona w układ do akumulowania wyprodukowanej energii (baterię akumulatorów). Może też korzystać z podłączenia do sieci elektroenergetycznej, do której moduły oddają nadwyżki energii, a w sytuacji, gdy system produkuje jej za mało – czerpać energię z sieci (rysunek).
Główne składniki systemu fotowoltaicznego
Obszary zastosowań
Jest kilka obszarów, w których można zastosować systemy fotowoltaiczne. Przykładowo samodzielne systemy energetyczne (Off-grid, Stand-alone) – dostarczają energię elektryczną do tych obszarów w krajach rozwijających się, które nie mają dostępu do publicznej sieci elektroenergetycznej (ok. 1,7 biliona ludzi na świecie żyje obecnie bez bezpośredniego dostępu do elektryczności). Z kolei przemysłowe instalacje Off-grid to samodzielne systemy fotowoltaiczne, które znajdują zastosowanie głównie w telekomunikacji, a także na terenach wiejskich i oddalonych od sieci elektroenergetycznej. Systemy dołączone do sieci (Grid-connected) mogą być natomiast stosowane w budynkach prywatnych, biurowcach i budynkach użyteczności publicznej, które stanowią obszar znacznego rozwoju dla systemów instalowanych na dachach i fasadach budynków, dołączonych do sieci elektroenergetycznej, a w szczególności systemów zintegrowanych z budynkiem (BIPV – Building Integrated PV). W systemach dołączonych do sieci konieczne jest zastosowanie jednego lub kilku inwerterów, przekształcających napięcie stałe (DC) na dwu- lub trójfazowe zmienne napięcie o częstotliwości sieciowej (AC). Głównym celem BIPV jest uzyskanie czystej i estetycznej formy architektonicznej budynku z instalacją PV, która jest w tym wypadku wielofunkcyjna: oferuje zabezpieczenie przed nadmiernym nasłonecznieniem, stanowi pokrycie dachu i spełnia funkcję elewacji. W tym wypadku większość energii może być zużywana „na miejscu”.
Ogniwa i moduły fotowoltaiczne są szeroko stosowane także do zasilania zegarków, kalkulatorów i zabawek, zraszaczy przeciwpożarowych, znaków sygnalizacji drogowej, oświetlenia i budek telefonicznych, szczególnie w miejscach oddalonych od sieci elektroenergetycznej.
Systemy fotowoltaiczne mogą również wchodzić w skład układów hybrydowych i pracować w połączeniu z turbinami wiatrowymi (rozwiązanie szczególnie korzystne na wyspach) lub generatorami dieslowskimi.
Przykłady światowe…
Na świecie – pośród instalowanych w ostatnich latach – dominują systemy dołączone do sieci elektroenergetycznej (grid-connected systems). W ciągu roku w tych systemach instaluje się ok. 600 MW, a łącznie z systemami samodzielnym i przemysłowym 1000 MW. Obserwuje się stały przyrost instalacji fotowoltaicznych – średnio 35% rocznie.
Występują znaczące różnice w udziale energetyki fotowoltaicznej w systemach energetycznych krajów europejskich.
Polska powinna brać przykład z krajów wysoko rozwiniętych, gdzie inwestycje w zakresie fotowoltaiki są z roku na rok coraz większe, ze szczególnym uwzględnieniem olbrzymich możliwości istniejących w budownictwie. Dla naszego kraju znakomitym przykładem jest rozwój sytuacji na rynku ogniw fotowoltaicznych w Niemczech, ponieważ oba kraje mają takie same warunki nasłonecznienia. W Niemczech program „100 000 Solar Roofs” odniósł ogromny sukces, co spowodowało wzrost podobnych inicjatyw w innych krajach europejskich (Szwajcaria, Austria), a także w USA („the Million Solar Roofs Initiative”) i Japonii („the 70 000 Roofs Programme”).
Zainstalowany w Polsce system o mocy 1 kW jest w stanie wyprodukować rocznie 960 kWh energii elektrycznej. Aby pokryć w 100% zapotrzebowanie pojedynczego gospodarstwa domowego (które wynosi ok. 2000 kWh/rok), wystarczy system o mocy 2 kW.
Scenariusz na 2020 r., z prognozą rozszerzoną do 2040 r.
Całkowita ilość energii elektrycznej pochodzącej z promieniowania słonecznego w 2020 r.: 282 TWh = 10% z EU-25 zapotrzebowania na energię elektryczną w 2003 r. = 1,1% globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną | |
Całkowita ilość energii elektrycznej z promieniowania słonecznego w 2040 r.: 7 442 TWh = 21% globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną | |
| Projekt na rok 2020: | |
| Systemy PV ogółem | 205 GWp |
| Odbiorcy dołączeni do sieci (grid-connected) | 93 mln na świecie1
31 mln w Europie |
| Odbiorcy z instalacji samodzielnych (Off-grid) | 950 mln na świecie2 |
| Potencjał zatrudnienia | 2,25 mln etatów na świecie |
| Kapitał inwestycyjny | 62 bilionów euro rocznie |
| Koszt systemów grid connected | redukcja do 2 euro za Wp |
| Globalne ograniczenie emisji | 730 mln ton CO2 |
… i polskie
W Polsce pracuje obecnie kilkadziesiąt instalacji fotowoltaicznych o małej mocy. Należą do nich: systemy nawigacyjne na Bałtyku, systemy demonstracyjne, służące w rolnictwie do suszenia i wentylacji, oświetlenie w indywidualnych domkach letniskowych, zasilanie świateł ostrzegawczych, system fotowoltaiczny na stacji BP w Warszawie (pracujący od 2001 r.).
Na kilku wyższych uczelniach powstały instalacje, pełniące funkcję dydaktyczno-badawczą – są to zarówno systemy samodzielne, jak i podłączone do sieci elektroenergetycznej (system o mocy 1 kW na budynkach szkoły średniej w Warszawie, pracujący od 2000 r., instalacja na Politechnice Szczecińskiej – od 1999 r.). Obok występujących w większości systemów stacjonarnych w 2006 r. powstała również instalacja nadążna (Politechnika Gdańska).
Poza barierą finansową nie istnieją żadne istotne powody braku perspektyw dla rozwoju inwestycji fotowoltaicznych w Polsce we wszystkich obszarach zastosowań. Ustawy Prawo energetyczne oraz Prawo ochrony środowiska wraz z kolejnymi zmianami oraz z pięcioma rozporządzeniami wykonawczymi, zamiast obowiązku zakupu energii elektrycznej z OZE dotyczącego przedsiębiorstw energetycznych, zajmujących się wytwarzaniem lub obrotem energią elektryczną i sprzedających tę energię odbiorcom końcowym, wprowadza obowiązek uzyskania i przedstawienia do umorzenia prezesowi URE świadectw pochodzenia albo uiszczenia opłaty zastępczej. Potrzeba zwiększenia udziału energii elektrycznej z OZE w stosunku do zużycia energii elektrycznej brutto wynika z konieczności dostosowania wielkości obowiązku do faktycznej i przewidywanej produkcji energii elektrycznej z OZE. Wobec faktu, że w 2005 r. zużyto w kraju 145 752 GWh energii elektrycznej, dostarczając odbiorcom końcowym 108 625 GWh, przyjęta na 2010 r. 7,5-procentowa wielkość produkcji energii elektrycznej z OZE, przy utrzymaniu obecnego tempa wzrostu zużycia energii elektrycznej, odpowiada wyprodukowaniu ok. 11 000 GWh. Przy obecnym, stabilnym wzroście ilości energii elektrycznej sprzedanej odbiorcom końcowym odpowiada to 10,5-procentowemu udziałowi energii elektrycznej wytworzonej w OZE w stosunku do energii elektrycznej dostarczonej tym odbiorcom2.
W tabeli przedstawiono scenariusz światowego rozwoju fotowoltaiki na rok 2020, z prognozą rozszerzoną do roku 20403.
Bariera do pokonania – koszt systemów PV
Na koszt instalacji fotowoltaicznej składa się wiele czynników: projekt, zakup elementów systemu (cena samych modułów fotowoltaicznych stanowi połowę kosztów całej instalacji), realizacja inwestycji. W polskich warunkach ekonomicznych niewielu inwestorów decyduje się na budowę instalacji fotowoltaicznej, podczas gdy np. w zakresie energetyki wiatrowej czy pomp ciepła ta bariera psychologiczna nie istnieje.
Obecnie szacuje się, że koszt zainstalowanego systemu dołączonego do sieci wynosi ok. 20 zł/Wp, jednakże w przypadku dwukrotnego wzrostu sprawności, zakładając stałą cenę modułów, w przyszłości całkowite koszty obniżą się o połowę. Możliwe jest pozyskanie dodatkowych środków w ramach różnych programów oraz preferencyjne kredytowanie.
Źródła
- Pietruszko S.: Photovoltaics in the world. “Opto-electronics review” 12(1)/2004.
- Krawczyński M., Wodzyński L.: Formalno-prawne i ekonomiczne wspieranie rozwoju technologii odnawialnych źródeł energii. Biuletyn Urzędu Regulacji Energetyki 5/2006.
- Solar Generation – EPIA and Greenpeace report 2004 (http://eu.greenpeace.org).
dr Ewa Klugmann-Radziemska
Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
