Wschód energetyki słonecznej

© Ravem Media

Udostępnij:

Częściowe zaćmienie Słońca w Europie, które miało miejsce 20 marca, było nie tylko gratką dla miłośników astronomii, ale także sprawdzianem dla europejskiej sieci energetycznej, która w coraz większym stopniu opiera się na energetyce słonecznej. Miało to znaczenie przede wszystkim dla sieci Niemiec i Włoch, gdzie udział elektrowni słonecznych w wytwarzaniu energii elektrycznej należy do najwyższych w Europie.

Według Europejskiej Sieci Operatorów Systemów Przesyłowych Energii systemy energetyczne Europy zostały poddane bezprecedensowemu testowi. Testowi, który przeszły pomyślnie. W Niemczech ogromne fluktuacje mocy dostarczanej do sieci przez panele słoneczne skompensowano odpowiednim sterowaniem wytwarzania energii w elektrowniach konwencjonalnych: gazowych i szczytowo-pompowych. Ten tandem wymagał nie lada synchronizacji, gdyż moc dostarczana do sieci przez baterie słoneczne zmieniała się bardzo szybko. O 9.30, tuż przed zaćmieniem, moc wynosiła 14 000 MW, potem spadła do 7000 MW, a po zaćmieniu (koło południa) wzrosła do 20 000 MW, czyli do mocy porównywalnej z mocą dziesięciu elektrowni jądrowych.



Podobnie jak dobrze przygotowani Niemcy, Włosi też nie odczuli negatywnych skutków zaćmienia. Zdecydowali się na inne rozwiązanie problemu: po prostu na całą dobę wyłączyli część swoich elektrowni słonecznych, unikając gwałtownych wahań wytwarzanej energii. Europejska sieć elektryczna przetrwała zaćmienie bez awarii, co świadczy o jej sile i dobrze rokuje na przyszłość energetyki słonecznej.

W stronę zielonej energii, czyli w stronę Słońca
Energetyka w ciągu ostatniej dekady zwróciła swoją uwagę w stronę odnawialnych źródeł, czyli takich które nie opierają się na paliwach kopalnych – surowcach o ograniczonych zasobach. Konwencjonalne źródła energii przestają być modne: ze względu na coraz liczniejsze fakty mówiące o globalnym ociepleniu oraz uzależnieniu politycznym od państw dysponujących odpowiednimi złożami.

Zakładając, że rynek energii ze źródeł odnawialnych będzie rósł, skupienie się na wykorzystaniu energii słonecznej to kwestia czasu, a nawet fizyczna konieczność. Dlaczego? Teoretycznie dostępna energia możliwa do uzyskania ze źródeł odnawialnych też jest skończona. W przypadku energii słonecznej wykorzystanie zaledwie 0,1% energii docierającej na ziemię z efektywnością 20% wystarczyłoby na pokrycie globalnego zapotrzebowania. To brzmi jak realny plan na przyszłość, zwłaszcza że jej eksploatacja nie jest szczególnie kosztowna. Dla porównania: gdyby elektrownie wodne mogły wykorzystać energię wszystkich spadających wód (czego oczywiście nie da się zrobić), zapewniłyby tylko połowę światowego zapotrzebowania. Lepiej ma się sprawa z energią wiatru (do kilkudziesięciu razy więcej) i geotermalną (kilka razy więcej), ale to wciąż za mało.



Zarobić na Słońcu
Elektrownie słoneczne stają się coraz tańsze, a naukowcy na całym świecie badają i rozwijają technologie ogniw fotowoltaicznych. To znaczy, że na energetyce słonecznej będzie można w końcu zarabiać zarówno stawiając elektrownie, jak i inwestując w technologie innowacyjnych baterii słonecznych. Na razie jest to możliwe ze względu na dotacje państwowe, jednak w przyszłości może być dochodowe również bez subwencji rządowych.

Niemiecki think-tank Agora Energiewende szacuje, że pod koniec dekady energia słoneczna stanie się najtańszym źródłem energii w dobrze nasłonecznionych regionach – nawet przy założeniu braku technologicznych przełomów. Wynika to między innymi z tego, że Chiny zaczęły produkować panele fotowoltaiczne na masową skalę. Zresztą według tej organizacji już obecnie energia słoneczna należy do jednego z tańszych źródeł energii. Jej cena w Niemczech spadła prawie pięciokrotnie w ciągu ostatnich dziesięciu lat.

Niemcy są światowym liderem w liczbie działających instalacji fotowoltaicznych. W 2014 roku aż 32,8 TWh energii zostało przekazanej do sieci przez elektrownie słoneczne, co stanowi 6,2% produkcji energii w Niemczech. Nasi zachodni sąsiedzi inwestują nie tylko w elektrownie słoneczne: w 2014 roku około 31% wytworzonej przez nich energii pochodziło ze źródeł odnawialnych (wiatr, słońce, woda, biomasa). Cel rządowy to osiągnięcie 35% energii ze źródeł odnawialnych do roku 2020 i wszystko wskazuje na to, że zostanie on osiągnięty dzięki konsekwentnemu realizowaniu przyjętej polityki, m.in. przez system dotacji. Warto tu zwrócić uwagę, że elektrownie wiatrowe i słoneczne mogą się uzupełniać: tylko bezwietrzna i pochmurna pogoda spowoduje spadek mocy, a ta nie zdarza się aż tak często.
Agora Energiewende w swoim raporcie podkreślił, że dziwi brak rozwiniętej energetyki słonecznej w Australii. Ta sytuacja się zmienia, biznes energii słonecznej przyciąga coraz większą uwagę. Niedawno powstał projekt Solar Choice, założony przez byłego adwokata Angusa Gemmela. Solar Choice ma zamiar wybudować ogromną elektrownię słoneczną w Bulli Creek, w stanie Queensland. Będzie to największa tego typu elektrownia w Australii i prawdopodobnie na świecie. Jeśli Gemmelowi się powiedzie, moc jego elektrowni przewyższy moc każdej elektrowni węglowej w tym kraju. Lokalizacja wydaje się być predestynowana pod farmę słoneczną: świetne nasłonecznienie, ziemia nienadająca się pod uprawę, bezdrzewny teren i brak sąsiadów. Ponadto Bulli Creek znajduje się w pobliżu głównego węzła przesyłowego energii elektrycznej, z którego „słoneczny” prąd mógłby popłynąć do gniazdek całego kraju.

Badania nad ogniwami
W Australii równie prężnie rozwija się fotowoltaika od naukowej strony. Naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Sydney ustanowili nowy rekord wydajności ogniw fotowoltaicznych, osiągając konwersję promieniowania na prąd elektryczny na poziomie 40%. Dokonanie zostało potwierdzone przez akredytowane laboratorium w Stanach Zjednoczonych. Inżynierowie skorzystali z elementów dostępnych na rynku, ale połączonych w innowacyjny sposób, dlatego ich odkrycie może w łatwy sposób trafić do przemysłu. Rozwiązanie bazuje na użyciu skupionego światła, a jego kluczową część stanowi optyczny filtr pasmowy, który przepuszcza tylko część spektrum światła słonecznego.
Australijczycy udoskonalili już istniejącą technologię, natomiast w innych ośrodkach badawczych rośnie zainteresowanie drukowanymi ogniwami słonecznymi. Zamiast wytwarzać ogniwa z krystalicznego krzemu, badacze chcą wykorzystać materiały, które można uzyskać metodami syntezy chemicznej i nanosić z roztworu na powierzchnię. Stworzyłoby to nowe pola do zastosowań ogniw i możliwość zupełnie innego podejścia do ich rozmieszczania. Baterie słoneczne mogłyby być w bardzo łatwy sposób umieszczane na ścianach, dachach czy nawet na szybach budynków. Oprócz tego, tkaniny mogłyby być zadrukowywane takimi ogniwami i stanowić przenośne źródło energii, z którego dałoby się na przykład ładować smartfon.

Polska firma Saule Technology pracuje nad skomercjalizowaniem technologii właśnie takich drukowanych ogniw na bazie perowskitów, które według nich zrewolucjonizują energetykę słoneczną. Perowskity to materiały charakteryzowane strukturą krystaliczną (czyli sposobem ułożenia atomów), a nie składem chemicznym. Swoje niezwykłe właściwości zawdzięczają byciu materiałem częściowo organicznym, a częściowo nieorganicznym. Prototypy baterii na bazie perowskitów osiągają niższe wydajności (nieco poniżej 20%), jednak ich atutem jest elastyczność. Jeszcze bardziej innowacyjne podejście do baterii słonecznych mają naukowcy z MIT, pracują bowiem nad zbudowaniem ich na bazie kropek kwantowych (czyli kryształków o bardzo niewielkich rozmiarach, rzędu kilkudziesięciu nanometrów). Ich podejście różni się od konwencjonalnego: próbują zwiększyć efektywność taniej technologii (na kropkach kwantowych), a nie zmniejszyć kosztów technologii dość efektywnej (czyli obecnie dominującej, opartej na krzemie). Patrick Brown, doktorant z MIT, bada kropki kwantowe z chlorku ołowiu. Przyłączając różne związki chemiczne do kryształów, może zmieniać ich własności i „przestrajać” kropki tak, aby mogły absorbować różne części spektrum promieniowania. W ten sposób planuje zbudować baterię słoneczną o dużej wydajności. Jej przewaga nad innymi typami baterii polega na tym, że związki potrzebne do jej wytworzenia są tanie i powszechnie dostępne (w przeciwieństwie do baterii na perowskitach czy na krystalicznym azotku galu). Co również istotne, badane kropki są stabilniejsze chemicznie i mogą być wystawione na działanie powietrza. Niestety, do technologii, jeszcze długa droga: naukowcy mają kilka problemów do rozwiązania, np. przewodzenia elektronów między kropkami.

Perspektywy: pojazdy
Fotowoltaika to nie tylko elektrownie. O dynamicznym rozwoju tej gałęzi przemysłu świadczy budowa prototypów pojazdów napędzanych światłem słonecznym. Szwajcarscy piloci, André Borschberg i Bertrand Piccard, próbują – po raz pierwszy w historii – okrążyć kulę ziemską na pokładzie samolotu napędzanego wyłącznie energią słoneczną. Będą zmieniać się za sterami w tym trudnym zadaniu wymagającemu od nich wielkiej wytrzymałości. Ich lot będzie trwał bardzo długo, bo samolot „na światło” rozwija prędkość maksymalną 140 km/h. Nie tylko ci śmiałkowie są godni podziwu, ale też technologia, która pozwoliła skonstruować ich maszynę i rozwiązać kluczowe zagadnienia: magazynowanie energii i wydajne wytwarzanie prądu. Lot nie byłby możliwy, gdyby nie pojemne i lekkie akumulatory zapewniające moc silnikom w ciągu nocy i ogniwa, które pozwalają działać silnikom w dzień, a dodatkowo ładują akumulatory.

Przed przemysłem energii słonecznej jeszcze wiele wyzwań, ale jeszcze więcej szans. Czy energetykę słoneczną czeka świetlana przyszłość? Zobaczymy.

Udostępnij:

Drukuj



Przemysław Juda




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również