W ostatnich latach coraz większą popularnością cieszy się w Polsce wykorzystanie naturalnych, odnawialnych źródeł energii. Jednym z najczęściej wybieranych źródeł naturalnych jest energia słoneczna, Wykorzystuje są ją w celu uzyskania prądu oraz ogrzewania. Powstają coraz częściej różnego rodzaju farmy fotowoltaiczne, które wytwarzają energię elektryczną przy użyciu energii słonecznej.
Coraz częściej możemy także zaobserwować panele fotowoltaiczne na dachach prywatnych domów jednorodzinnych. Zanim jednak zdecydujemy się na zastosowanie instalacji fotowoltaicznych w naszym domu, warto zapoznać się z zaletami i wadami energii słonecznej.
Energia słoneczna w Polsce
Energia słoneczna to naturalne i czyste źródło energii. Jest ona powszechnie dostępna i może być lokalnie wykorzystana zaspokajają zapotrzebowanie na elektryczność i ciepło. Zasoby energii słonecznej, podobnie jak zasoby innych odnawialnych źródeł energii dzielimy na teoretyczne, techniczne oraz ekonomiczne. Insolacja to najważniejszy parametr energii słonecznej. Jest nią roczna wartość nasłonecznienia. Insolacja wyraża ilość energii słonecznej padającą na określoną jednostkę powierzchni w określonym czasie.
Potencjałem teoretycznym nazywamy wartość uwzględniającą całkowite wykorzystanie energii naturalnej, w tym przypadku słonecznej oraz jej potencjału, który wykorzystać można w celach energetycznych. Warto zwrócić uwagę na to, że wielkość potencjału teoretycznego nie odzwierciedla możliwości faktycznych wykorzystania promieniowania słonecznego do uzyskania energii. Potencjał techniczny to parametr uwzględniający położenie geograficzne, a także sprawność dostępnych technologii i możliwości magazynowania energii do jak najwydajniejszego wykorzystania promieniowania słonecznego.
Dane szacunkowe mówią o tym, że na terenie Polski energia słoneczna ma potencjał około 100 razy większy aniżeli zapotrzebowanie na energię. Natomiast potencjał ekonomiczny jest około 750 razy mniejszy od zapotrzebowania na energię w Polsce. Jeżeli przeanalizujemy te szacunki możemy na terenie naszego kraju z energii słonecznej uzyskać jedynie 1,3 % całkowitego zapotrzebowania na energię. W Polsce gęstość promieniowania słonecznego przypadająca na płaszczyznę poziomą w skali roku charakteryzuje się wartościami w granicach od 950 kWh/m2 do 1250 kWh/m2. Wynika z tego, że na teranie Polski wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej nie jest w stanie zaspokoić pełnego na nią zapotrzebowania. Niemniej jednak z każdym rokiem wykorzystanie energii słonecznej rośnie.
Ogniwa słoneczne, baterie słoneczne, kolektory słoneczne
Ogniwa słoneczne, które nazywane są także ogniwami fotowoltaicznymi, fotoogniwami oraz ogniwami fotoelektrycznymi to elementy półprzewodnikowe. W ogniwach tych następuje przemiana, czyli inaczej konwersja energii słonecznego promieniowania (światła) w energię elektryczną. Proces ten nazywamy zjawiskiem fotowoltaicznym. Ogniwa fotowoltaiczne produkuje się z półprzewodników, a najczęściej używane do ich produkcji są takie materiały jak krzem, german oraz selen.
Nominalne napięcie ogniwa słonecznego z krzemu krystalicznego wynosi około 0,5 V. Baterie słoneczne powstają poprzez szeregowe połączenie ogniw fotowoltaicznych. Baterie charakteryzują się różną liczbą ogniw i różną ich jakością. Ogniwa słoneczne spotkać możemy między innymi w zegarkach, kalkulatorach, do wspomagania sygnalizacji świetlnej, w samochodach z napędem hybrydowym, a także na kempingach, jachtach oraz w domach jednorodzinnych.
Kolektorem słonecznym natomiast nazywamy urządzenie służące do przemiany energii słonecznej na energię cieplną. W przypadku kolektorów słonecznych nośnikiem ciepła jest ciecz lub gaz. Cieczą może być na przykład woda lub glikol, a gazem na przykład powietrze. Wyróżniamy kolektory słoneczne płaskie (najczęściej spotykane, one mogą być z kolei cieczowe, gazowe lub dwufazowe), płaskie próżniowe, próżniowo-rurowe, skupiające oraz specjalne. W domach jednorodzinnych kolektory słoneczne mogą być używane na przykład do wspomagania centralnego ogrzewania, podgrzewania wody użytkowej, podgrzewania wody basenowej, chłodzenia budynków, a także do wytwarzania ciepła technologicznego.
Ciekawostką dotyczącą wykorzystania energii słonecznej jest proces wytwarzania związków organicznych z udziałem energii słonecznej. W przyrodzie nosi on nazwę fotosyntezy. naukowcy Współcześnie prowadzą zakrojone na dużą skalę badania nad sztuczną fotosyntezą. Mają one na celu wytworzenie z dwutlenku węgla oraz wody energii elektrycznej oraz płynnego paliwa.
Zalety i wady energii słonecznej w domu
Wśród zalet stosowania paneli fotowoltaicznych w domu jednorodzinnym na pierwszym miejscu należy wymienić redukcję kosztów związanych z pozyskaniem energii, pomimo tego, że wiele osób jako argument przeciw takiemu rozwiązaniu podaje wysokie koszty instalacji. W dzisiejszych czasach jest jednak przekonanie błędne. Owszem w latach siedemdziesiątych baterie słoneczne były bardzo drogie, a ich ceny były około sto razy wyższe niż dzisiaj. Natomiast na początku lat dwutysięcznych baterie słoneczne kosztowały da razy więcej niż obecnie. Cena fotoogniw spada i jakkolwiek pomimo tego, że koszty początkowe montażu mogą robić wrażenie wysokich, jednak jak wyliczyli amerykańscy naukowcy w pespektywie 20 lat można zaoszczędzić w granicach nawet 20000 - 60000 dolarów. Warto również zwrócić uwagę na to, że w Polsce coraz częściej spotkać się możemy także z leasingiem paneli słonecznych. Dzięki temu oszczędzać można już od początku korzystania z instalacji fotowoltaicznych.
Kolejną zaletą energii słonecznej jest to, że jako odnawialne źródło energii, nie wpływa szkodliwie na środowisko, między innymi na klimat. Energia słoneczna obok energii wiatrowej należy do najbardziej przyjaznych źródeł dla środowiska. Nawet, jeśli korzysta się masowo z energii słoneczniej nie wpływa to podwyższenie średniej temperatury. Elektrownie węglowe, gazowe i atomowe muszą korzystać z bardzo dużych ilości wody w celu ochładzania całego procesu wytwarzania energii elektrycznej. Proces wytwarzania prądu z paneli fotowoltaicznych nie potrzebuje dużych ilości wody. A warto wspomnieć, że współcześnie dostęp do wody jest znacznym dobrem. Problem ten nie dotyczy Polski i klimatu tu panującego, jednak ma on duże znaczenie w skali ekologii globalnej.
Ponadto korzystanie z energii elektrycznej ma inną bardzo ważną zaletę z perspektywy użytkownika. Posiadanie własnych fotoogniw i magazynowanie otrzymanej w ten sposób energii elektrycznej pozwala uniezależnić się od dostawców energii elektrycznej. Jak czasem się zdarza w przypadku różnego rodzaju prac konserwacyjnych przy instalacjach doprowadzających prąd, w wyniku ekstremalnych, niekorzystnych warunków atmosferycznych, a także w wypadku awarii dostęp do energii elektrycznej od dostawców może być ograniczony. Energia słoneczna może nam zatem także zapewnić wysoki poziom bezpieczeństwa energetycznego. Dostęp źródła energii jest wówczas nieograniczony. Stanowi to także zabezpieczenie przed wzrostem cen energii elektrycznej u dostawców.
Korzystanie z energii słonecznej umożliwia także zabezpieczenie w godzinach energetycznego szczytu. Często możemy na to nie zwracać uwagi, lecz zdarza się, że operatorzy w godzinach szczytu energetycznego mogą narzucać wyższe ceny dostaw. Zapotrzebowanie na prąd jest zmienne w ciągu doby Czas szczytu energetycznego przypada na godziny poranne, popołudniowe oraz wieczorne. Dostawcy energii muszą zawsze utrzymywać na tym samym poziomie jakość dostaw, gdyż mogłoby dochodzić do częstych przeciążeń sieci. Korzystanie z paneli fotowoltaicznych w domu jednorodzinnym umożliwia magazynowanie energii, a następnie pokrycie zapotrzebowania na energię elektryczną w ciągu całego słonecznego dnia.
Dzięki zastosowaniu w naszym domu kolektorów słonecznych, które posiadają dodatkowe źródło ciepła pozwala nam na uniezależnić się od niekorzystnych warunków pogodowych. Nie jest tajemnicą, że w naszym klimacie okres grzewczy rozmija się z czasem największego usłonecznienia. Warto w tym miejscu wspomnieć, że w Polsce na okres od kwietnia do września przypada około 80% całorocznej energii słonecznej. W czasie, gdy dopływ promieniowania słonecznego jest ograniczony, do ogrzewania domu oraz wody wykorzystywany jest gaz płynny. Takie rozwiązanie zapobiega ryzyku braku ciepła w naszym domu w pochmurne dni.
Jak już wspomniano panujący w Polsce klimat nie pozwala na całkowite zaspokojenie zapotrzebowania na energię elektryczną korzystając z promieniowania słonecznego. W naszych warunkach klimatycznych to największa wada energii słonecznej. Jesienią oraz zimą jest wiele dni pochmurnych, dzień jest wówczas bardzo krótki. Niemniej jednak panele słoneczne są w stanie wytwarzać energię także wtedy, gdy panuje częściowe zachmurzenie nieba. Współcześnie produkowane fotoogniwa korzystają jedynie ze światła dziennego. Tak więc nie ma możliwości całkowitego zaspokojenia potrzeb na energię jedynie przy użyciu baterii fotowoltaicznych. Musimy więc uzupełniać energię z innego źródła.
Kolejną wadą stosowania instalacji fotowoltaicznych jest technologia ich produkcji. Są one wytwarzane z bardzo toksycznych pierwiastków chemicznych. W związku z tym proces wytwarzania paneli słonecznych zanieczyszcza środowisko. Jednak szkody dla środowiska naturalnego, jakie powstają w trakcie produkcji fotoogniw są znacznie mniejsze niż w przypadku elektrowni węglowych. Możemy więc pokusić się o stwierdzenie, że proces produkcji energii elektrycznej z energii słoneczniej mniej ingeruje w środowisko naturalne niż elektrownie.
Energia słoneczna staje się coraz popularniejsza na całym świecie, a także w Polsce. Bardzo często jest ona wykorzystywana przez mieszkańców domów jednorodzinnych. Dzięki jej zastosowaniu możemy obniżyć wydatki na pozyskanie energii elektrycznej, możemy także w pewnym stopniu ogrzać nasz dom w sezonie zimowych i jesiennych chłodów. Warto więc zastanowić się nad zainstalowaniem w swoim domu paneli fotowoltaicznych oraz kolektorów słonecznych.
