Wiedza o fotowoltaice nabywana jest zazwyczaj ze względów praktycznych. Pragniemy dowiedzieć się czegoś o opłacalności ewentualnej inwestycji w fotowoltaikę, o wyborach odnośnie do paneli, czy rodzaju instalacji, a także o zagrożeniach. Są to z reguły dość nudne informacje techniczne, gdy tymczasem proces pozyskiwania energii ze słońca nie musi dotyczyć wyłącznie takiej wiedzy, ale rozciągać się również na znacznie ciekawsze zagadnienia. W poniższym tekście przedstawiamy ciekawostki nt. fotowoltaiki – największe farmy na świecie, najciekawsze pomysły na produkty zasilane tą formą energii.
Najciekawsze fakty o fotowoltaice
Fotowoltaika postrzegana jest jako jeden z przyszłościowych i bardzo obiecujących sposobów produkcji energii elektrycznej i jest to o tyle prawdopodobne, że przy dzisiejszej wydajności paneli wystarczy pokryć nimi zaledwie 40 000 km² powierzchni planety Ziemia, by został zaspokojony popyt ludzkości na prąd.
Czy jest to duży obszar? Otóż niewielki w porównaniu do całego globu, gdyż jest to kwadrat o boku 200 km, ale w odniesieniu do jednego kraju już spory. Na mapie Polski byłaby to powierzchnia województw dolnośląskiego i podlaskiego.
Instalacja fotowoltaiczna na pochyłym terenie
Dla zaopatrzenia Polski w energię ze słońca, wystarczyłoby panelami pokryć kwadrat o boku zaledwie 2200 m, czyli 5 km². Dla porównania powierzchnia Warszawy jest ponad 103 razy większa i wynosi 517,2 km². Oczywiście mówimy tu o powierzchni samych paneli, czyli płaszczyzny roboczej. Wraz z infrastrukturą byłoby to oczywiście znacznie więcej.
Jednakże takie przedstawienie sytuacji i tak wygląda dość obiecująco, tym bardziej że mówimy o panelach, których sprawność wynosi ok. 20%. Zważywszy więc na rozwój technologiczny, to chociaż taki scenariusz może nie będzie do końca i permanentnie zrealizowany (co byłoby nierozsądne ze względu na konieczność dywersyfikacji źródeł energii), to jednak przyszłość dla takich instalacji wygląda obiecująco. A jak to wyglądało w przeszłości?
- Sunday
- Programy Mój Prąd 4.0 i Czyste Powietrze - tak
- Kredytowanie - z RRSO 5,99%
Montaż w ciągu 14 dni roboczych, profesjonalne doradztwo dla klienta indywidualnego, biznesowego, jak i rolników
- Polenergia
- Programy Mój Prąd 4.0 i Czyste Powietrze - tak
- Kredytowanie - info u agenta
Montaż nawet w 14 dni od podpisania umowy
Pomontażowy audyt, pomoc w uzyskaniu dotacji i "gwarancja wydajności" na 25 lat
Najwcześniejsze i różnorakie próby z fotowoltaiką – historia
Fotowoltaika przeżywa obecnie swój boom, ale nie jest to technologia nowa, wymyślona na potrzeby w jakimś laboratorium nowoczesnej technologii. Prawdą jest jedynie to, że fotowoltaikę zaczęto od niedawna stosować powszechnie, jednak historia odkrycia możliwości wykorzystywania energii ze słońca sięga dosyć głęboko w przeszłość, bo trzeba odwiedzić aż połowę XIX wieku.
Odkrywanie tej technologii, a upowszechnianie jej, to jednak dwie różne sprawy i zajęło to ludzkości wiele lat. Wystarczy wiedzieć, że masową produkcję paneli fotowoltaicznych rozpoczęto dopiero ok. roku 2000, a więc na przełomie wieków XX i XXI. Zanim jednak rozpoczął się ten etap, z energii słonecznej korzystano powszechnie w kosmosie.
Nie jest to specjalne zaskakujące, że wykorzystywaniem efektu fotowoltaicznego zajmowały się na początku jedynie firmy państwowe z ogromnymi budżetami. Wysokie koszty pozyskiwania energii ze słońca mogły nie stanowić bariery wyłącznie dla NASA, która wyposażała od lat 60. XX wieku (i robi to zresztą do dziś, a jedynie taniej) swoje satelity w panele fotowoltaiczne.
Jednak oprócz kosmosu, przed pojawieniem się paneli fotowoltaicznych w gospodarstwach domowych na dużą skalę, w latach 70. XX wieku zasilono w energię elektryczną za pomocą fotowoltaiki indiańską wioskę Papago w stanie Arizona w USA. Z kolei w roku 2015 wykonano lot dookoła świata samolotem zasilanym energią ze słońca.
Najbardziej zasłużeni naukowcy i badacze energii słonecznej
Alexandre Edmond Becquerel – portret – źródło: wikipedia.org
Pierwszym naukowcem zasłużonym w zakresie fotowoltaiki był francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel, który w 1839 roku odkrył fizyczne zjawisko konwersji światła i energii elektrycznej, a więc to, co dziś nazywane jest efektem fotowoltaicznym. Eksperymentując z metalowymi elektrodami i elektrolitem zaobserwował wzrost przewodnictwa elektrycznego wraz ze wzrostem naświetlenia. Odkrył zatem, że niektóre materiały po ekspozycji na działanie promieni słonecznych wytwarzają niewielkie ilości prądu elektrycznego.
Nie od razu jednak przystąpiono do skompensowanych badań na ten temat, chociaż tematu nie zarzucono. W 1876 roku brytyjski fizyk William Grylls Adams, wraz ze swoim uczniem Richardem Evans Day zaobserwowali, że impuls elektryczny może być wytwarzany nie tylko podczas ekspozycji na metale w elektrolicie, ale również przy materiałach wykonanych z półprzewodników, w tamtym wypadku do przeprowadzenia eksperymentu wykorzystano selen.
Dodatkowo odkryto, że światło słoneczne może być przekształcane w energię elektryczną bez użycia ruchu bądź ciepła.
Kolejnym naukowcem ważnym na drodze upowszechniania się fotowoltaiki był sam Albert Einstein. Fizyk opublikował w roku 1904 pracę naukową, w której opisał naturę światła i efekt fotowoltaiczny. Einstein udowodnił, że światło jest strumieniem cząstek o nazwie foton, z których każda niesie ściśle określoną porcję energii. Odkrycie to tym razem odbiło się szerszym echem i w konsekwencji przyniosło Albertowi E. nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Było to w roku 1921.
Jeszcze przed tym wydarzeniem stało się coś, co obecnie jest szeroko wykorzystywane w fotowoltaice, a mianowicie odkryto metodę produkcji krzemu monokrystalicznego. Uczynił to w roku 1918 nasz rodak, chemik, metaloznawca i wynalazca Jan Czochralski. Następnie trzeba było poczekać 36 lat na opracowanie pierwszego krzemowego ogniwa słonecznego, zdolnego do generowania mierzalnego prądu elektrycznego.
Uczynili to w roku 1954 Bell Pearson, Daryl Chapin oraz Calvin Fuller, a pierwsze ogniwa posłużyły do zasilania energią elektryczną radia oraz zabawki-wiatraka. Całe wydarzenie narobiło sporo szumu. W The New York Times ukazał się artykuł zwiastujący „początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”.
Niestety był to jedynie szum medialny, a całe odkrycie potraktowano bardziej jako ciekawostkę technologiczną, aniżeli coś użytecznego dla ludzkości. Było to jednak spowodowane w dużej mierze bardzo wysokimi kosztami wytwarzania pierwszych ogniw fotowoltaicznych i ich niską efektywnością. Na szczęście agencji NASA koszty nie odstraszyły.
Przeczytaj też: Fotowoltaika w gospodarstwie rolnym – ulgi dla rolników, OZE na wsi
Największe farmy fotowoltaiczne – Bhadla Solar Park i farma Núñez de Balboa
Potencjał energetyczny fotowoltaiki jest dosyć duży, a instalacje cechuje to, że im są większe, czyli operują większą płaszczyzną ogniw gotowych do nasłonecznienia, tym więcej energii elektrycznej są w stanie wyprodukować. Zostało to zauważone i fotowoltaika jest coraz częściej wykorzystywana na dużą, a czasami wręcz na skalę ogromną. Świadczą o tym również pobijane niemalże rokrocznie rekordy w wyścigu na największą farmę fotowoltaiczną na świecie.
Na dziś największą farmą solarną świata jest Bhadla Solar Park, mieszcząca się w Radżasthanie w Indiach. Jej moc to aż 2245 MW, a ponadto, z racji nasłonecznionego obszaru pustynnego w jej pobliżu znajdują się też inne projekty fotowoltaiczne. Powierzchnia Bhadla Solar Park rozciąga się na 57 km², co jest terenem przekraczającym wielkością powierzchni Karkonoski Park Narodowy, czy takie miasta w Polsce, jak Puławy, czy Legnica.
Bhadla Solar Park – widok z kosmosu – proszę zwrócić uwagę na skalę – znajdującą się w lewym dolnym rogu. Źródło: wikipedia.org
Jednakże nie ma mowy o tym, aby rekordzistka utrzymała się długo na pierwszym miejscu. Na etapie projektowania, a także i budowy są już inne megaprojekty fotowoltaiczne, jak chociażby kolejny indyjski park fotowoltaiczny, który pobije obecnego rekordzistę aż kilkukrotnie (planowana moc to 8000 MW). Wykorzystanie energii słonecznej dla potrzeb energetycznych wciąż rośnie. Liderem ogólnym pod względem powierzchni wszystkich instalacji są Chiny, a dalej idzie Unia Europejska i USA. Co jeszcze warte wspomnienia, Badhla Solar Park produkuje najtańszą energię z PV na terenie Indii, wygląda więc na to, że w tym wypadku duże się opłaca.
Największa europejska farma na dziś mieści się zaś w Hiszpanii. Farma Núñez de Balboa o powierzchni ok. tysiąca hektarów ma moc 500 MW. Instalacja zbudowana jest z 1,4 mln paneli fotowoltaicznych ograniczających emisję dwutlenku węgla o 215 tys. ton rocznie. Tutaj jednak również rekord ma zostać wkrótce pobity i to przez jej twórców, którzy już tworzą projekt instalacji o większej mocy.
W naszym kraju natomiast największa obecnie farma fotowoltaiczna umiejscowiona jest w gminie Czernikowo koło Torunia i na tle rekordzistów ze świata wygląda dosyć ubogo. Elektrownia słoneczna składa się z prawie 16 tysięcy paneli i ma moc 4 MW. Powierzchnia robocza farmy to 24 tys. metrów kwadratowych. Tutaj jeszcze łatwiej będzie o pobicie rekordu, ale w planach jest inwestycja w gminie Przykona w Wielkopolsce, która docelowo ma po zakończeniu wszystkich etapów (pierwszy to moc 200 MW) mieć moc 600 MW, a więc większą od obecnego rekordzisty europejskiego.
Przeczytaj też: Program “Czyste Powietrze” 2022 – warunki dofinansowania, wniosek PDF
Budynek najbardziej przyjazny środowisku naturalnemu – Pearl River Tower
Jak powinien być obecnie zbudowany wieżowiec, by móc taki budynek nazwać ekologicznym? Z całą pewnością nacisk powinien być położony na energooszczędność, czyli na takie działania, aby funkcjonowanie budynku nie było związane z ogromnym zapotrzebowaniem na energię elektryczną i cieplną. Taki budynek musi również wykorzystywać odnawialne źródła energii (tzw. OZE) i jest to obecnie już nie tylko trend, ale także konieczność. W przyszłościowym budownictwie ważne jest wykorzystanie każdego oszczędnościowego aspektu, w tym do maksimum wykorzystania światła dziennego.
Mogący być dobrym przykładem takiego budynku jest wybudowany w chińskim mieście Guangzhou, Pearl River Tower. Jest wysoki na ponad 300 metrów i ma ogromną powierzchnię, a mimo tego jest przyjazny środowisku naturalnemu.Przede wszystkim już sama konstrukcja budynku harmonizuje ze środowiskiem, a już sam budynek zdaje się składać wyłącznie z najnowocześniejszych technologii.
Pearl River Tower posiada charakterystyczny aerodynamiczny kształt, dzięki któremu wiatr opływa budynek, zamiast na niego napierać i co sprawia, że możliwe jest wykorzystanie turbin wiatrowych. Przede wszystkim jednak w budynku zainstalowano zarówno kolektory słoneczne, jak i panele fotowoltaiczne, a także specjalne systemy wentylacji – mechanicznie sterowane żaluzje wspomagające utrzymanie w budynku odpowiedniej temperatury oraz wspomagające wentylowanie pomieszczeń.
Pearl River Tower – zdjęcia i wizualizacja, źródło: newatlas.com
Sama instalacja fotowoltaiczna wytwarza rocznie aż ok. 200 000 kWh energii (w porównaniu do zużycia rocznego dla domu jednorodzinnego będzie to od 1 700 do 2 500 kWh). Jednocześnie panele na budynku nie tylko generują prąd, ale są również częścią składową elewacji, a nawet wnętrz budynku. Pearl River Tower oszczędza ogromne ilości energii, a przy tym sam ją wytwarza, niemalże w stu procentach zaspokajając własne potrzeby energetyczne.
Przeczytaj też: Pożyczka na instalację fotowoltaiczną – kredyt na fotowoltaikę i OZE – oferta i zalety
Najnowocześniejsze auta oparte na energii elektrycznej
Samochody zasilane fotowoltaiką? Wiele firm inwestuje w tego rodzaju rozwiązania i je testuje, a pierwsze takie auta powstały już w latach sześćdziesiątych XX wieku. Auta z panelami fotowoltaicznymi na dachu projektują i rozważają ich wprowadzenie m.in. Sono Motors, Fisker, Toyota, Hyundai, czy wreszcie Tesla.
Osiągi takich pojazdów nie są obecnie zbyt imponujące, ale tego rodzaju zastosowanie jest jeszcze nowinką, a technologia idzie ciągle do przodu. Głównie chodzi o zwiększenie dystansu auta, jaki może samochód przebyć na zasilaniu jedynie energią słoneczną.
Kwestią newralgiczną jest poza tym zagwarantowanie działania auta także nocą. Liczba firm zaangażowanych w wykorzystanie fotowoltaiki w motoryzacji wzrasta, należy więc liczyć się z tym, że stworzenie projektu użytecznego auta zasilanego fotowoltaiką jest tuż za rogiem. Jednak na razie niczego takiego nie mamy, auto więc całkowicie autonomiczne ciągle pozostaje śpiewką przyszłości.
Przeczytaj też: Jak oszczędzać prąd, wodę i energię cieplną? Seria: inflacja vs portfel Polaka
Gadżety zasilane fotowoltaiką – od kalkulatorów po namioty solarne
Fotowoltaikę wykorzystuje się głównie do produkcji energii elektrycznej z możliwie najprostszych instalacji, ale ogniwa fotowoltaiczne od dawna służą również do zasilania niewielkich pojedynczych urządzeń. Dawniej były to tylko kalkulatory, czy zegarki, ale obecnie są to już powszechne lampki ogrodowe, czy zasilanie telefonów komórkowych.
Składany przenośny panel solarny o mocy 20W – do kupienia na Allegro za 399 zł
Do ciekawszych nowych zastosowań można zaliczyć plecak z bateriami słonecznymi, który podczas wyprawy w odludny teren może się okazać całkiem praktycznym rozwiązaniem, np. problemu z ładowaniem smartfona. Najprostsze wersje takich plecaków mają po prostu wszyte ogniwo fotowoltaiczne na odpinanej przedniej części. Jeżeli dalej zaś drążyć temat wyprawowy, to producenci proponują już także specjalne namioty solarne, które zapewniają autonomiczne oświetlenie, a nawet zasilają baterie takich sprzętów elektrycznych, jak laptopy.
Istnieje też cała gama mniej praktycznych, ale za to zwariowanych pomysłów z fotowoltaiką w tle, jak kapelusz z ogniwem napędzającym chłodzący wiatraczek, a na tym nie poprzestano. Ogniwa fotowoltaiczne wszywa się w kurtki, krawaty, czy nawet w bikini, chociaż raczej bardziej dla wzbudzenia sensacji aniżeli ze względów praktycznych.
Przeczytaj też: Ogrzewanie domu za darmo – czy to możliwe? Pompa ciepła zasilana fotowoltaiką
Najciekawsze pomysły na przyszłość
Najciekawsze planowane innowacje odnoszące się do fotowoltaiki są związane z miejscem, gdzie została ona po raz pierwszy z powodzeniem zastosowana, czyli z kosmosem. Na razie są to plany zapowiedzi, ale Japończycy i Chińczycy od dawna forsują temat kosmicznej orbitalnej elektrowni słonecznej, można zatem przypuszczać, że plany projektowe są już dość zaawansowane.
Innym pomysłem są ogniwa fotowoltaiczne produkujące energię w nocy, co z pozoru wydaje się absurdalne. Jednakże pomysł kalifornijskich naukowców polega na wykorzystywaniu podczerwieni, a krzem miałby zostać zastąpiony stopami rtęci, dając wydajność 25% obecnej wydajności standardowych paneli.
Cały pomysł jest na razie koncepcją, ale warto o nim wspomnieć m.in. dlatego, żeby uzmysłowić, że nie wszystko w kwestii fotowoltaiki zostało powiedziane i że jest to temat ciągle otwarty i czekający na kolejne innowacje.
Przeczytaj też: Mój Prąd 4.0 2023 – przedłużenie naboru – ile dofinansowania do fotowoltaiki? Wniosek pdf
Wspaniałe, pozytywne nadzieje na przyszłość. Potrzeba jeszcze trochę czasu i pokój między państwami.