O słońcu, Afryce i Niemczech, czyli fotowoltaika w praktyce

Od paru dni śledzę na Facebooku stronę Moja elektrownia PV, na którą trafiłem po tym artykule w portalu natemat.pl, zatytułowanym „Założył własną elektrownię słoneczną, podłączył ją do systemu i energetycy zaczęli „kraść” prąd”.

Tłem konfliktu jest ponoć (zdaniem PGE, operatora sieci, do której ta instalacja jest podłączona) brak odpowiedniej papierologii. Nie chcę się w to zagłębiać i oceniać, kto jest winien. Na pierwszy rzut oka — obie strony mają swoje za uszami. A że dystrybutorom prądu na podłączaniu mikroźródeł nie zależy, to mnie akurat nie dziwi. Pisał o tym wczoraj Bogdan Szymański na swoim wielokrotnie polecanym przeze mnie blogu o OZE (jego książkę o fotowoltaice też już tu w ubiegłym roku chwaliłem, teraz jest drugie wydanie, którego niestety jeszcze nie widziałem). 

Z punktu widzenia polskiego systemu energetycznego, każde źródło, którego nie da się zdalnie włączyć, jest źródłem problemów. Dla operatora systemu najbardziej przydatne są jednostki wytwórcze centralnie dysponowane, czyli te, które może w odpowiednim momencie uruchomić, gdy zaczyna mu brakować prądu. Rzecz w tym, że polskie energetyczne bloki węglowe są mało elastyczne (długo trwa ich rozruch, zmiana mocy też nie jest natychmiastowa) i tym sposobem nie ma czym bilansować nagłych spadków/wzrostów mocy, powodowanych przez odnawialne źródła energii.

No ale odszedłem trochę od tematu, którym chciałem się zająć…

W każdym razie na profilu tym znalazłem wrzutkę na temat tego, że (cytuję):

Przez pierwsze dwa tygodnie czerwca Niemcy pokryły połowę swojego zapotrzebowania energetycznego za pomocą energii słonecznej.

Zawsze miałem tendencję do czepiania się szczegółów, które jednak w tym przypadku mają kluczowe znaczenie.

Bo to nie o połowę zapotrzebowania energetycznego (czy nawet poprawniej — zapotrzebowania na prąd) pokryła produkcja energetyki słonecznej (a nie sama energia słoneczna) na przestrzeni dwóch tygodni czerwca chodzi. Zresztą jakby ktoś zajrzał do podlinkowanego artykułu z australijskiego Science Alert, to pewnie by to zrozumiał.

Najważniejszy fragment tego artykułu to:

Research from the Fraunhofer ISE research institute showed that German solar panels generated a record 24.24 GW of electricity between 1pm and 2pm on Friday, June 6th. And on Monday June 9th, a public holiday, solar power production peaked at 23.1 GW, which was 50.6 percent of total electricity demand.

co po przetłumaczeniu na nasz język powinno brzmieć mniej więcej tak:

Badania wykonywane przez Instytut Fraunhofera wykazały, że w piątek 06.06.2014 r., pomiędzy godziną 13 a 14, niemieckie baterie słoneczne wytwarzały 24,24 GW energii elektrycznej. W poniedziałek 09.06.2014, w święto państwowe, szczytowa produkcja ze źródeł słonecznych sięgnęła 23,1 GW, co stanowiło 50,6% całego zapotrzebowania na prąd.

No i tu się zaczynają schody dla kogoś, kto nie odróżnia mocy od energii — czyli watów (kilowatów) od watogodzin (kilowatogodzin).

Artykuł podaje jedynie, że w jednym momencie dnia moc wytwarzana przez wszystkie źródła fotowoltaiczne w Niemczech stanowiła ponad połowę mocy pobieranej z systemu przez elektryczne odbiorniki. Resztę stanowiła energia z elektrowni jądrowych, wiatrowych, gazowych, węglowych, wodnych i jakie tam jeszcze Niemcy w swoim systemie elektroenergetycznym mają.

Odnieśmy to do mniejszej skali, łatwiejszej do zrozumienia przez przeciętnego czytacza internetu. Wyobraźmy sobie dom, który w południe do zasilenia wszystkich odbiorników potrzebuje 5 kW energii elektrycznej. Tyle wynosi łączna moc wszystkich urządzeń, które są wtedy uruchomione. Jeśli na dachu ma baterie słoneczne, które dają mu 2,6 kW prądu (przyjmijmy dla uproszczenia że na falowniku nie ma strat), to można powiedzieć, że pokrywają one ponad połowę zapotrzebowania na moc.

Ale gdy za 5 minut chmury zasłonią słońce, ta produkcja spadnie pewnie 5-krotnie i okaże się, że 90% prądu trzeba brać z sieci, a tylko 10% dostarczy dachowa elektrownia słoneczna.

Jakby to zsumować na przestrzeni całego dnia, na pewno nie wyjdzie 50%. W skali domu — może tak wyjść, jak ktoś ma odpowiednio dużo baterii słonecznych, albo sensownie włącza odpowiednie odbiorniki (np. grzeje wodę prądem z baterii słonecznych!). W skali kraju — jest to niemożliwe.

Zwłaszcza w Europie Środkowej.

I tu dochodzimy do tytułowego zagadnienia. Do tego, że ludziom zdaje się, że źródła fotowoltaiczne można montować tylko w Afryce, bo tylko tam jest dużo słońca.

Rzućmy okiem na tę mapkę (po kliknięciu pojawi się dużo większa wersja).

mapka-potencjal-energii-slonecznej

Rzut oka na mapkę wystarczy, by zrozumieć, że w Europie Środkowej rocznie mamy do dyspozycji ok 1 000 kWh/m² energii słonecznej. Taka ilość energii dociera do powierzchni skierowanej na południe, pod optymalnym kątem. Na północnym wybrzeżu Afryki ta wielkość sięga i przekracza 2 000 kWh/m² rocznie, czyli dwa razy więcej, niż u nas.

Ale jak ktoś zechce porównywać te wielkości z danymi zacytowanymi wyżej, dowiedzie tego, że nie uważał na lekcjach fizyki.

I w tym momencie chciałbym powiedzieć, że bardzo jestem zadowolony, że mój nauczyciel fizyki w liceum tak mocno pilnował, byśmy wszędzie posługiwali się odpowiednimi jednostkami. Obniżał oceny, jeśli ktoś podał dobry wynik, ale jednostki nie takie, jak potrzeba. Bo to dowodziło, że ktoś po prostu nie wie, co robi — a co najwyżej bezmyślnie podstawia dane do wzoru.

Mapka pokazuje, ile energii słonecznej dociera do baterii słonecznych, ustawionych pod optymalnym kątem na południe. Jasno widać, że w Afryce znacznie więcej, niż w Europie.

Ale nie pokazuje, ile energii dociera w bezchmurny dzień, gdy mamy baterie słoneczne ustawione na solartracku i wycelowane idealnie prosto w słońce. To pokazuje poniższy rysunek.

promieniowanie-bateria-PV-tracker

Brązowa kulka to ziemia. Pomarańczowe kreski to promienie słoneczne. Czarne kreski to powierzchnia gruntu i solartrack. Niebieskie — to baterie słoneczne.

Widać jasno, że natężenie promieniowania padającego na powierzchnię gruntu jest różne dla różnych szerokości geograficznych. W Afryce — wyższe. W Europie — niższe.

Ale widać też jasno, że wycelowanie baterii słonecznej prosto w słońce daje identyczne wyniki na obydwu szerokościach geograficznych.

Oczywiście to pewne uproszczenie, bo promieniowanie jest rozpraszane i pochłaniane przez atmosferę także w bezchmurne dni. Im większą grubość warstwy atmosfery musi pokonać promieniowanie słoneczne, tym mniej dociera go do powierzchni ziemi. Ta różnica jest widoczna, ale nie aż tak duża, by w północnej Afryce dało się efektywnie wytwarzać prąd z fotowoltaiki, a w Polsce czy w Niemczech — nie.

Ale jest też i drugi aspekt.

Baterie słoneczne nie bardzo lubią wysokie temperatury. Gdy się nagrzewają, ich moc spada. I to w istotnej części rekompensuje tę różnicę, także w rocznym nasłonecznieniu.

Podsumowując — fotowoltaika także w Polsce ma sens.

Komentarzy do wpisu “O słońcu, Afryce i Niemczech, czyli fotowoltaika w praktyce”: 6.

  1. A co ze stwierdzeniem, że koszt zakupu takich baterii jest równy wydatkom na prąd w takim samym czasie ich działania? Niby wydamy raz więcej kasy, potem oszczędzamy, jednak za 20 lat musimy zmienić te kolektory na nowe? I koło kręci się od nowa.

  2. Takie kolektory to naprawdę dobra rzecz…dla producenta. Pod płaszczykiem oszczędzania oferują nam takie panele, które musza cały żywot pracować żeby tylko się zwrócić. Ściema.

  3. Patryk. M says:

    Moja wiedza na ten temat nie jest największa, dlatego czytając tego bloga chce to nadrobić i douczyć się tego, czego nie chciało mi się na studiach. Biorę odpowiedzialność za to na siebie i proszę o poprawianie mnie.
    Moim subiektywnym zdaniem kolektory to naprawdę dobra rzecz… dla wszystkich.
    Z tego co mi zawsze mówiono kolektory zwracają się dla użytkownika domowego na koniec żywotności tego urządzenia, czyli w zasadzie nic nie tracimy, a przy okazji mamy ładnie wyglądający panel i dbamy o o rozwój energetyki. Korzyści ma oczywiście producent oraz Operator sieci, który dzięki nam zaoszczędzi na zakupie energii z elektrowni, a poza tym zmniejszy sie ryzyko przeciążenia sieci. Jedynym, kto na tym straci jest Dystrybutor Energii.

  4. @Patryk: mianem kolektorów określa się urządzenia służące do wytwarzania ciepła z energii słonecznej. Prąd wytwarzają ogniwa fotowoltaiczne, czyli potocznie — baterie słoneczne.

    Dystrybutor energii to właśnie operator sieci — on na produkcji prądu z odnawialnych źródeł straci trochę, bo mniej weźmie za przesył i dystrybucję prądu. Stracą natomiast z pewnością duże elektrownie.

  5. tomek says:

    Ja jestem za stanowiskiem że baterie słoneczne aktualnie średnio się opłacają (przy aktualnych cenach części) A koszt konserwacji (wymiany akumulatorów i ogniw) pochłaniają ewentualny zysk

  6. czytelnik says:

    Jeśli kupuje się panele w „sklepie” i gromadzi energię w akumulatorach, to kompletnie to się nie opłaca i dodatkowo robi się więcej szkody środowisku. Wystarczy jednak dobrze kupić panele, energie bez zbędnych falowników, inwerterów, magazynować w postaci gorącej wody, którą zużywa się nie tylko do kąpieli, ale też do pralki czy zmywarki by było super! Przykład, moja instalacja, wydatek 3tys zł, działa super, zwróciła się w 1,5 roku, rachunki za prąd spadły z 300 do 35zł

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *