Co zamiast fotowoltaiki - jakie są alternatywy?

Odcięcia i rosnące ceny modułów. Czy jest alternatywa dla fotowoltaiki?

Wbrew pozorom, fotowoltaika zyskuje na popularności nie dlatego, że (jak sądzą niektórzy) popyt na nią nakręcają producenci podzespołów. Jest raczej odwrotnie. Postępujące zmiany klimatyczne i rosnące ceny konwencjonalnej energii sprawiły, że ludzkość musiała zacząć szukać sposobów na pozyskiwanie taniej i ekologicznej energii.

Padło na fotowoltaikę, bo energia słoneczna to coś, czym dysponuje niemalże każde miejsce na ziemi. Jako uniwersalne generatory prądu, instalacje fotowoltaiczne były systematycznie rozwijane przez ostatnie lata, co przyczyniło się do spadku cen podzespołów (w latach 2010-2019 mowa o obniżkach rzędu 60-80%). To, w połączeniu z zaletami fotowoltaiki i ze wzrostową tendencją cen prądu przełożyło się na boom, który możemy obserwować dzisiaj.

Fotowoltaika jest wytrzymała (żywotność modułów fotowoltaicznych to ok. 30-40 lat, falowników - 10-15 lat), racjonalna ekonomicznie (jej okres zwrotu zwykle jest mniejszy niż 10 lat), pracuje cicho i ma znikomy wpływ na środowisko (ślad węglowy 1 kWh energii z PV to ok. 50-60 g dwutlenku węgla).

Oczywiście nie jest to rozwiązanie pozbawione wad. Główna z nich polega na tym, że fotowoltaika nie działa w nocy, natomiast w okresie jesienno-zimowym jej wydajność jest mocno ograniczona. W Polsce sporym utrudnieniem są też problemy ze zbyt wysokim napięciem wywołanym przez fotowoltaikę (choć de facto źródło problemu nie leży w samych systemach PV). Anomalie napięcia w sieci sprawiają, że w pikach produkcyjnych (godziny okołopołudniowe wiosną, czasami latem) falowniki wyłączają się, co oznacza dla prosumentów spore straty. Problem jest szczególnie dotkliwy tam, gdzie występuje większe zagęszczenie PV.

Czy osoby, które chcą produkować własną energię, z odnawialnego źródła mają jakąś alternatywę dla fotowoltaiki? I tak, i nie. Wiele zależy bowiem od tego, jakimi możliwościami finansowymi oraz technicznymi dysponujemy.

Co zamiast fotowoltaiki? Inne odnawialne źródła energii

Analizę alternatyw dla fotowoltaiki warto rozpocząć od przypomnienia, jakie są odnawialne źródła energii. Zaliczamy do nich:

• wiatr,
• słońce,
• energię potencjalną wody,
• energię geotermalną,
• biomasę i biogaz.

W Polsce od dłuższego czasu podejmowane są działania, które mają na celu popularyzację wykorzystania odnawialnych źródeł energii (nie tylko samej fotowoltaiki). W praktyce, wsparcie rządowe polega na dofinansowaniach do OZE oraz przygotowaniu korzystnego otoczenia prawnego (mowa m.in. o uproszczeniu przepisów związanych z budową instalacji OZE oraz ułatwieniach w ich eksploatacji). Szczególne znaczenie dla rozwoju OZE w Polsce ma kwestia zachęcenia do produkcji czystej energii odbiorców indywidualnych (gospodarstw domowych, prywatnych przedsiębiorstw). Dla nich przewidziano tzw. mikroinstalacje, czyli systemy o mocy do 50 kW, które funkcjonują na szczególnych warunkach (gwarancja przyłączenia do sieci, możliwość odsprzedaży nadwyżek po atrakcyjnej cenie, 15-letnie okres zachowania przywilejów). Określa się ich mianem prosumentów.

Źródło: Agencja Rynku Energii, Informacja Statystyczna o Energii Elektrycznej nr 5 - Maj 2022

Na ponad 1 mln użytkowników mikroinstalacji, zaledwie 275 korzysta z instalacji innej niż fotowoltaiczna. To oznacza, że 99,98% prosumentów zdecydowało się na energię ze słońca. Na co zamiast fotowoltaiki decydują się Polacy?

Turbina wodna zamiast paneli fotowoltaicznych

Siła wody była wykorzystywana przez ludzi już tysięcy lat (pierwsze koła wodne powstawały już 2.000 lat temu). Do produkcji prądu Według danych Agencji Rynku Energii, drugim najpopularniejszym po fotowoltaice typem mikroinstalacji OZE jest elektrownia wodna. Działa ich w Polsce ok. 80, o łącznej mocy 1,22 MW. W przeliczeniu daje to ok. 15 kWp na elektrownię. Choć istnieją różne rodzaje elektrowni wodnych, wszystkie działają one w podobny sposób - zamieniają ciśnienie słupa płynącej wody w energię mechaniczną, która napędza turbinę i generator wytwarzający prąd. Czy i kiedy przydomowa elektrownia wodna faktycznie może zastąpić fotowoltaikę?

Elektrownia wodna zamiast fotowoltaiki - warunki

Przed wszystkich jest to rozwiązanie, które sprawdzi się tam, gdzie znajdują się cieki wodne. Aby można było generować prąd, cieki wodne muszą mieć wystarczającą głębokość (by latem nie wysychały) oraz prędkość przepływu (by zagwarantować stały dostęp do prądu i zminimalizować ryzyko zamarznięcia w zimie).

Trzeba też wiedzieć, że budowa mikroinstalacji wodnej wiąże się z uwzględnieniem szeregu przepisów. Znaczenie ma:

• ustawa o OZE,
• ustawa Prawo Energetyczne,
• Prawo Wodne,
• Prawo Budowlane,
• rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 10 września 2019 r. w sprawie przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko;
• rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 24 czerwca 2003 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wysokości opłat rocznych za oddanie w użytkowanie gruntów pokrytych wodami oraz zarządzenia Prezesa PGW Wody Polskie.

Nawet przydomowa elektrownia wodna stanowi spory obiekt, który może znacząco wpływać na wodny ekosystem. Dlatego musi zostać poddane ocenie oddziaływania na środowisko. Do tego niezbędne będzie pozwolenie wodnoprawne oraz pozwolenie na budowę.

Dla porównania, instalacje PV o mocy do 150 kW nie wymagają zgłoszenia ani pozwolenia na budowę. Ponieważ nie mają większego wpływu na otoczenie, nie są wymagane żadne inne zezwolenia (wyjątkiem jest uzgodnienie PPOŻ, które muszą posiadać systemy o mocy od 6,5 kW).

Jeśli chodzi o cenę, to 1 kWp elektrowni wodnej to wydatek rzędu 10.000 - 30.000 zł. Cena za 1 kWp instalacji PV nie powinna przekroczyć 7.000 zł.

Wiatrak zamiast fotowoltaiki

Innym popularnym źródłem energii dla mikroinstalacji jest wiatr. Dane ARE pokazują, że w maju 2022 roku działały 64 mikroinstalacje napędzane siłą powietrza. Czy wiatrak zamiast fotowoltaiki to dobry pomysł?

Jeśli chodzi o przydomową elektrownię wiatrową, jej realizacja może być znacznie prostsza niż np. elektrowni wodnej. Nadal wymaga uwzględnienia kilku kwestii.

1. Wydajność - Polska jest dość mocno zróżnicowana pod względem potencjału wytwarzania energii z wiatru. Niektóre regiony słabo nadają się do rozwijania tego obszaru OZE.

Źródło: Akademickie Centrum Czystej Energii: Dygulska A., Perlańska E., Mapa wietrzności Polski, Projekt Czysta Energia

Tymczasem do wydajnej produkcji prądu, turbiny wiatrowe potrzebują określonej prędkości powietrza. Dla przykładu, elektrownia o mocy 600 W moc 500 W osiągnie dopiero przy wietrze o prędkości 12 m/s (43 km/h). Przed montażem warto dokonać pomiarów prędkości wiatru, które pozwolą nam określić potencjalną produkcję. W przypadku fotowoltaiki sprawa jest prostsza, na różnice w nasłonecznieniu Polski nie są diametralnie różne. Przeciętnie to 1.000 kWh/m2/rok.

Dobra wiadomość jest taka, że wraz ze wzrostem wysokości, rośnie prędkość wiatru. Jednak im wyższa konstrukcja instalacji, tym więcej kroków prawnych wymaga.

2. Kwestie prawne - przydomowa elektrownia wiatrowa stojąca na gruncie będzie wymagać pozwolenia na budowę i użytkowanie. Prościej będzie, gdy zamontujemy maszt na dachu domu - jeśli nie będzie wystawał 3 metry ponad dach, nie są potrzebne żadne pozwolenia ani zgłoszenia. Tak zresztą jak fotowoltaika.

3. Kwestie związane z użytkowaniem - mikroelektrownie wiatrowe podczas pracy generują dźwięki. Ich donośność zależy m.in. od prędkości wiatru, budowy elektrowni czy wysokości masztu. Dla przykładu, mini elektrownia wiatrowa o mocy ok. 600 W, zamontowana na maszcie 6 m, przy wietrze o prędkości 12 m/s będzie generować ok. 40 dB. Tyle samo co zwykła rozmowa. Jeśli chodzi o panele, to same one nie generują żadnego hałasu. Pewien dźwięk wytwarza falownik, jednak nie jest on uciążliwy (natężenie w granicach 18-25 dB, czyli zbliżone do szeptu).

Wiatrak zamiast paneli fotowoltaicznych. Co z kosztami?

Przydomowe elektrownie wiatrowe mogą cieszyć się mniejszą popularnością również ze względu na koszt. Mikroinstalacja wiatrowa o mocy 3 kW to wydatek rzędu ok. 26.000 zł, co w przeliczeniu na 1 kWp daje ok. 8.300 zł. Kosztowo bliżej jej zatem do opłacalności fotowoltaiki, niż np. elektrowni wodnej.

Biogazownie i elektrownie na biomasę - nie dla każdego

W Polsce, oprócz wiatru, wody i słońca, wykorzystuje się również instalacje OZE oparte o biogaz lub biomasę. W obu przypadkach produkcja energii polega na spalaniu materiału pochodzenia organicznego. Uzyskana w ten sposób energia służy później do generowania energii elektrycznej.

W Polsce działa około 41 mikroinstalacji biogazowych oraz 32 mikroinstalacje wykorzystujące biomasę. Na tego typu systemy najchętniej decydują się rolnicy, którzy z racji prowadzonej działalności dysponują materiałem organicznym, który może służyć do zasilania elektrowni.

W przypadku biogazowni, za paliwo służy najczęściej m.in. kiszonka lub ziarna z kukurydzy, zboża, buraki, obornik czy gnojowica. W przypadku biomasy, paliwo to zwykle drzewo, słoma, odchody, oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce, łodygi roślin etc.

Biomasa lub biogaz zamiast fotowoltaiki? Na to zwróć uwagę

Elektrownia na biogaz lub biomasę to stosunkowo duża konstrukcja, która wymaga odpowiedniej ilości miejsca oraz zachowania odstępów od granic działek i budynków. Dobra wiadomość jest taka, że mikroinstalacje biogazowe o rocznej produkcji do 200 tys. m3 gazu nie wymagają pozwolenia na budowę. Jest jednak niezbędne zgłoszenie wykonania robót budowlanych.

Mikrobiogazownia o mocy 11 kWe jest w stanie wyprodukować nawet 88 MWh energii elektrycznej. Do jej zasilenia potrzeba stada krów o wielkości od 60 do 120 sztuk (w zależności od sposobu chowu).

Przydomowa biogazowania może być bardzo opłacalna, jednak przeszkodą mogą być wysokie koszty wejścia. Budowa biogazowni o mocy 10-11 kWe to wydatek nawet 120 - 500 tysięcy złotych.

Przewagą biogazowni nad fotowoltaiką jest większy wybór jeśli chodzi o sposób rozliczenia. Ten typ elektrowni może bowiem korzystać z tzw. taryf FIT.

Co zamiast fotowoltaiki w klasycznym wydaniu? Jakie technologie mogą ją zastąpić?

Jeśli chodzi o ujęcie technologiczne fotowoltaika, którą znamy dzisiaj, rozwija się już od dobrych kilkudziesięciu lat. Wciąż jednak technicznie ma wiele do nadrobienia - szczególnie w temacie dużych, ciężkich i kruchych modułów o sprawności +/- 21%).

Dobra wiadomość jest taka, że już niebawem może czekać nas gruntowna transformacja. Wszystko za sprawą perowskitów. Są to półprzewodniki, charakteryzujące się doskonałą (lepszą niż krzem), absorpcją światła. Co więcej, są w stanie generować energię również ze sztucznego światła. Inna ich przewaga polega na tym, że mogą być nakładane cienką warstwą na różne powierzchnie, dzięki czemu ogniwa z perowskitu są lekkie, elastyczne, bardziej uniwersalne (różne kolory, wymiary) i tańsze w produkcji. Za sukces perowskitów w dużej mierze odpowiada polska badaczka, Olga Malinkiewicz, która opracowała technologię ekonomicznego wytwarzania perowskitów, które można nakładać jak tusz.

Zła wiadomość polega natomiast na tym, że wszystkie te odkrycia na razie nie są dostępne do szerszego użytku. Pierwsza fabryka w Polsce ruszyła dopiero 21 maja 2021 roku. Konstruowane są prototypy podzespołów i prowadzi się wdrożenia pilotażowe, jednak do pełnego upowszechnienia tego rozwiązania wciąż daleka droga. Szczególnie że początkowa wydajność ogniw wynosi 10%, a żywotność - kilka lat. Zachęcająca jest jednak cena, która wynosi ok. 50 euro/m2, czyli jakieś 240 zł. To o połowę mniej niż wynosi koszt standardowych modułów.

Alternatywą dla modułów fotowoltaicznych, jakie znamy mogą być też różnego rodzaju systemy BIPV, czyli fotowoltaiki zintegrowanej z budynkiem. W tej perspektywie, ogniwa fotowoltaiczne, oprócz generowania prądu, pełnią rolę określonego elementu konstrukcyjnego budynku, jako np.:

• szyby fotowoltaiczne,
• fasada fotowoltaiczna,
• dach solarny,
• balustrada fotowoltaiczna.

Są one bardziej użyteczne niż zwykłe moduły, jednak wciąż stanowią pewnego rodzaju nowinkę technologiczną, co ma wpływ na koszt.

Alternatywy dla fotowoltaiki: istnieją, ale daleko im do lidera

Jak widać, fotowoltaika nie bez przyczyny jest najszybciej rozwijającą się technologią OZE. Wpływa na to szereg czynników:

• dobrze zbadana zasada działania i upowszechniona technologia produkcji podzespołów, która przekłada się na niższe koszty (szczególnie w porównaniu z pozostałymi OZE),
• uniwersalność zastosowania i przewidywalna produkcja - nasłonecznienie w całej Polsce jest zbliżone, co sprawia, że panele można montować w każdym miejscu, a produkcja jest bardziej stabilna od np. elektrowni wiatrowych,
• znikomy wpływ na środowisko i otoczenie - fotowoltaika nie generuje hałasu i nie ma większego wpływu na bezpośrednie otoczenie (choć np. w agrofotowoltaice wykorzystuje się panele do zatrzymywania wilgoci w ziemi) oraz samopoczucie inwestorów (więcej w artykule: Czy fotowoltaika jest bezpieczna? Obalamy mity!),
• długa żywotność - dla modułów wynosząca nawet 30-40 lat, dla falowników 10-15 lat,
• prostsze procedury prawne i technologiczne - ponieważ instalacja PV jest neutralna dla ekosystemu i prosta w budowie, przy jej realizacji obowiązują uproszczone procesy prawne (brak pozwolenia na budowę czy zezwoleń środowiskowych).

Alternatywy fotowoltaiki w postaci elektrowni wiatrowych, wodnych czy wykorzystujących biomasę lub biogaz są niestety znacznie bardziej wymagające pod względem ekonomicznym, konstrukcyjnym czy prawnym. Dlatego też, jak na razie, fotowoltaika pozostaje najbardziej popularnym i uniwersalnym rozwiązaniem.