Prąd ze Słońca

Efektywne wykorzystanie energii - to nie tylko przetworzenie jej na bieżące potrzeby, lecz również zmagazynowanie na czas niedoboru

   Tej energii - w przeciwieństwie do węgla lub ropy naftowej - zawsze będzie pod dostatkiem. Oczywiście mogą się zmieniać między nimi proporcje w całkowitym, "naturalnym" bilansie energetycznym Ziemi, lecz jest jej tak dużo, iż nie sposób ją całą przetworzyć. Nie jest to możliwe zarówno z uwagi na wielkość przedsięwzięcia jak i ze względów technicznych i ekonomicznych.
   Aktualnie największy wpływ na naturalny, możliwy do łatwego wykorzystania potencjał energetyczny Ziemi ma Słońce i dopóki gęste chmury całkowicie go nie zasłonią, powodując kolejną epokę lodowcową, dopóty najprawdopodobniej wysiłki naukowców będą zmierzały właśnie w kierunku jak najpełniejszego wykorzystania jego promieniowania. Efektywne wykorzystanie energii - to nie tylko przetworzenie jej na bieżące potrzeby, lecz również zmagazynowanie na czas niedoboru. Idea, która przyświecała twórcom niezależnych układów energetycznych, była prosta: stworzyć urządzenie, które nie będzie potrzebowało doładowań energii, bądź energia ta będzie na tyle dostępna, że jej uzupełnienie będzie łatwe i tanie. Odpowiedź była prosta: Słońce. Pozostało tylko rozwiązać problem "przechwytywania" energii solarnej i następnie jej magazynowania na czas, gdy Słońce nie świeci.
   Do zewnętrznych warstw atmosfery ziemskiej dociera promieniowanie o mocy 1,4 kW/m kw., które dzieli się i dociera do Ziemi w postaci promieniowania bezpośredniego i rozproszonego. W naszej strefie klimatycznej ich suma wynosi ok. 1,0 kW/m kw. Urządzenia, które wykorzystuje się do magazynowania tej energii w postaci prądu elektrycznego - ze względu na ich budowę i funkcje - nazywamy

fotoogniwami.

   Przetwarzają one padające na nie fotony światła przez powstanie siły elektromotorycznej w wielowarstwowej, niejednorodnej strukturze pojedynczego ogniwa, które jest zespołem półprzewodników i w nim - pod wpływem światła - powstaje napięcie elektryczne. Wciąż niewielka sprawność tych urządzeń zależy od materiału, z którego zostały wykonane. Wynosi ona dla ogniw wykonanych z krzemu monokrystalicznego kilkanaście procent, a dla wykonanych z odmiany polikrystalicznej oscyluje w okolicy 10 procent.
   Ze względu na małą popularność, a zbliżony na pierwszy rzut oka wygląd, fotoogniwa czasem bywają mylnie nazywane kolektorami. Te ostatnie przeważnie przetwarzają energię Słońca na ciepłe powietrze albo wodę (ewentualnie glikol jako nośnik energii). Fotoogniwa, bądź ogniwa fotowoltaiczne powoli zdobywają sympatyków. Od chwili, gdy po raz pierwszy NASA zastosowała fotowoltaikę na pokładzie pierwszych statków kosmicznych do ładowania ich akumulatorów, postęp w tej dziedzinie następuje, lecz wolniej niż oczekiwałby tego odbiorca. Ogniwa wciąż są zbyt drogie i mają zbyt małą sprawność jak na potrzeby przeciętnego użytkownika mieszkania.
   W Niemczech, a w ubiegłym roku w Korei, zainicjowano programy solarne mające wspomóc likwidację niskiej emisji spowodowanej użytkowaniem tradycyjnych nośników energii i wprowadzić te kraje w "energetyczny XXI wiek". Na dachach pojawiły się tysiące płaskich paneli fotowoltaicznych aż na rynkach zachodnich fabryki przestały nadążać z realizacją zamówień. Jednakże do takiej kultury środowiska te kraje musiały dojrzeć.

Świadomość ekologiczna

wymusiła rozwiązania,

które nie tak dawno były udziałem tylko misji kosmicznych. Mimo wciąż dosyć wysokiej ceny - do niedawna sięgającej prawie 10 USD za każdy zainstalowany wat, a obecnie oscylującej w okolicy 6 USD - opłacalność pozaekologiczna wykorzystania fotoogniw jest ogromna. Nie chodzi tylko o statki kosmiczne i kieszonkowe kalkulatory z wbudowanymi miniaturowymi ogniwami. To już nie gadżet, tylko przyszłość wielu domów. Producenci od kilku lat wytwarzają zarówno pojedyncze ogniwa o mocy pojedynczych watów, jak i urządzenia złożone z dziesiątek płytek generujących znacznie więcej niż 100 W, a te - połączone w jeden system - tworzą elektrownie liczące się już w systemie energetycznym niektórych państw.
   Oczywiście, można się zastanawiać, co zrobić ze 100 watami energii, których instalacja kosztowała inwestora około 1 tys. euro? Teoretycznie - zasilić jedną żarówkę "setkę" i to przy słonecznej pogodzie... Nie do końca jest to prawda. W skład instalacji solarnej - fotowoltaicznej wchodzi bowiem oprócz ogniwa regulator ładowania i akumulator, czasem falownik. Wyposażeni w taką instalację możemy dziennie zgromadzić około 250 Wh energii, a to już nam daje możliwość świecenia naszej żarówki o mocy 100 W przez 2,5 godziny. W przypadku źródła światła o niższej mocy (coraz popularniejsze są lampki na bazie diod LED) czas jego użytkowania oczywiście się wydłuży. Jeżeli teraz spojrzymy na fotowoltaikę jak na źródło prądu w dowolnym miejscu na Ziemi - nieważne, czy daleko w tropikach, czy na działce koło Mogilan - to otrzymamy

niezależność

od energetycznego kabla.

   I to w skali 12, 24 albo 230 volt, ze stałym lub zmiennym napięciem! Z tej perspektywy nakłady poniesione na instalację fotowoltaiki we własnym domu wyglądają nieco inaczej, choć instalacja ogniw w mieście bez zewnętrznej dotacji jest oznaką ekologicznego szaleństwa bądź nieznajomości podstaw rachunku ekonomicznego. Opłacalność takiego rozwiązania jest jednak znaczna w przypadku terenów pozbawionych uzbrojenia w prąd i tam, gdzie dopięcie kolejnych urządzeń do sieci okazałoby się niemożliwe lub nieopłacalne. Takie instalacje zaczynają się pojawiać w Polsce.
   Producenci oferują również specjalne ogniwa, których budowa pozwala na przymocowanie do pokładu łodzi, oraz takie, które spełniają rolę dachówki, jednocześnie produkując prąd. Od wielu lat także polskie uczelnie badają zjawisko przewodnictwa zachodzącego w ogniwach fotowoltaicznych. Pojedynczy zwolennicy energii solarnej już dziś ładują swe komórki Słońcem. Powoli tworzy się i w naszym kraju rynek produktów pozwalający na produkcję prądu w każdym niemal miejscu, a w sprzedaży są już gotowe zestawy do zaspokojenia w 100 procentach energetycznego zapotrzebowania przeciętnego domu.
   Życząc dużo słońca, oczekuję dnia, gdy w Polsce na 1 m kw. mierzalna energia promieniowania słonecznego przekroczy 1 kW. Będzie to znak, że nasze powietrze jest czystsze i bardziej przejrzyste - może właśnie dlatego, że zainstalowali Państwo na swym domu kilka ogniw fotowoltaicznych?
Tekst i fot.: WOJCIECH PAWLIKOWSKI