Energia odnawialna, a perspektywy odnowy budownictwa
Energia słoneczna jest specyficzną formą energii odnawialnej. Wszędzie łatwo dostępna, ale silnie zależna od miejsca na Ziemi, pory dnia i roku. I choć od zawsze była przez ludzi wykorzystywana, to jednak dopiero współczesne technologie, dopasowane do warunków klimatycznych i typu obciążeń energetycznych, umożliwiły jej efektywne pozyskanie i przetwarzanie do celów użytkowych.
W Europie problem potrzeb grzewczych jest ciągle minimalizowany, a to właśnie obciążenia grzewczo-klimatyzacyjne odpowiadają za 49% w bilansie energii finalnej. Dla spełnienia tych obciążeń energia słoneczna może być wykorzystywana w coraz większym stopniu. Jeśli większość budynków byłaby wyposażona w słoneczne instalacje grzewcze, to moc zainstalowana w instalacjach słonecznych wzrosłaby do roku 2030 do 200 GWth, co w porównaniu z rokiem 2005 dawałoby wynik dwudziestostokrotnie wyższy.
Mówiąc o energetyce słonecznej trzeba wziąć pod uwagę zarówno rozwiązania instalacyjne, jak i koncepcję architektoniczną budynku, jego ustrój, zastosowane materiały budowlane, lokalizację oraz jego otoczenie. Pozyskiwanie energii słonecznej może się bowiem odbywać dzięki odpowiednio zaprojektowanej bryle budynku i jego otoczeniu.
Od lat 70-tych...
Technologie energetyki słonecznej nie są na rynku żadnym novum. I choć dostępne są od ponad 30 lat, choć urządzenia stają się coraz sprawniejsze, to stopień wykorzystania energii słonecznej do celów użytkowych jest nadal niewielki. Instalacje słoneczne najczęściej stosowane są w budownictwie jednorodzinnym, gdzie w krajach Europy Centralnej zaspakajają około 30% potrzeb grzewczych (c.w.u. i c.o.) użytkowników. Coraz więcej instaluje się ich także w dużych budynkach mieszkalnych.
Na rynku europejskim istnieje kilka systemów słonecznych wielkogabarytowych, podłączonych do centralnych sieci ciepłowniczych. Niektóre instalacje słoneczne są wyposażone w systemy sezonowego magazynowania energii. Pojawiły się także instalacje demonstracyjne wytwarzające wysokotemperaturowe ciepło technologiczne.
Do podstawowych słonecznych technologii grzewczych należą technologie kolektorowe:
- bez osłon, czyli tzw. absorbery basenowe;
- z osłonami, czyli kolektory płaskie i próżniowe rurowe.
Co kraj, to obyczaj
Wykorzystanie słonecznych systemów grzewczych różni się poszczególnych regionach świata w zależności od ich sytuacji gospodarczej. W USA i Kanadzie dominują np. absorbery basenowe o łącznej mocy zainstalowanej 17,9 GWth, podczas gdy w Chinach (35,5 GWth), Europie (10,1 GWth) i Japonii (8,9 GWth) występują przede wszystkim kolektory płaskie i próżniowe, stosowane do podgrzewania wody użytkowej i ogrzewania pomieszczeń.
W 2003 roku najwięcej kolektorów (płaskich i próżniowych) na 100 000 mieszkańców było zainstalowanych na Cyprze, w Izraelu, Grecji, Austrii i na Barbadosie. Szwajcaria, Kanada i Holandia przodowały pod względem liczby absorberów bez pokryć.
W poszczególnych krajach różnie przedstawia się również rozwój rynku kolektorów płaskich i próżniowych. Największy wzrost odnotowano w Chinach, Australii nowej Zelandii i Europie. Moc zainstalowanych tutaj instalacji wzrosła odpowiednio o 27, 23 i 11%.
Natomiast w przypadku absorberów basenowych po latach wzrostu w 1999 - 2002 roku, w 2003 nastąpił spadek ilości nowo instalowanych urządzeń, co tłumaczy się nasyceniem rynku w krajach, w których do tej pory następował rozwój tego działu energetyki słonecznej i nierozpowszechnianiem się tej technologii na nowych rynkach.
Państwem, które odgrywa coraz większą rolę w produkcji energii cieplnej z kolektorów słonecznych są Chiny. Kraj ten obecnie zdecydowanie dominuje na światowym rynku, jeśli chodzi o wzrost produkcji energii cieplnej. W 2006 roku wynosiła ona tu tyle, co w USA w 1983 i 1984 roku łącznie - wtedy to właśnie w Stanach nastąpił największy rozwój energetyki słonecznej na świecie.
Azja w ogóle okazuje się perspektywicznym rynkiem, jeśli chodzi o produkcję energii elektrycznej. Tym razem dominującą rolę w zakresie ogniw fotowoltaicznych odgrywa Japonia. Ale Europa też stara się dotrzymywać jej kroku. Szczególnie Niemcy, gdzie od dłuższego czasu obowiązuje mechanizm bezpośredniego wsparcia produkcji energii ze źródeł odnawialnych.
Obecnie energia elektryczna z fotowoltaiki jest zdecydowanie droższa od energii uzyskiwanej ze źródeł konwencjonalnych, a także z innych źródeł OZE. Wysokie ceny systemów podłączanych do sieci sprawiają, że czas zwrotu kosztów inwestycyjnych jest dość długi. Prawdopodobnie energia elektryczna z fotowoltaiki stanie się konkurencyjna dopiero około roku 2020.
1000 słonecznych dachów w Niemczech
W latach 1991-1995 w Niemczech zainstalowano na dachach domów i podłączono 2200 systemów PV o łącznej mocy około 5,3 MWp. Wszystko dzięki "Programowi 1000 słonecznych dachów", który powstał w 1990 r. w ramach wspierania rozwoju OZE. Przedsięwzięcie to udowodniło, że istnieje możliwość zdecentralizowanego dostarczania energii elektrycznej i integracji PV z budownictwem. Stworzono odpowiednie przepisy i normy dotyczące systemów PV, które w tej chwili są korelowane z podobnymi przepisami w innych krajach UE. W czasie trwania programu instalowane na dachach domów jednorodzinnych systemy o mocy 2.5 kWp pokrywały około 50% (4500 kWh) rocznego zapotrzebowania na energię elektryczną niemieckiej rodziny. Dzięki projektowi wzrosło znacznie zainteresowanie fotowoltaiką w Niemczech. W konsekwencji pojawiły się nowe programy promocyjne i specjalne ścieżki finansowania PV.
A w Polsce...
Można oszacować, że w naszym kraju działają aktywne systemy słoneczne o łącznej powierzchni kolektorów ponad 50.000 mkw. Przy średniej wydajności cieplnej baterii na poziomie 400 kWh/m2a, przypuszczalnie przez systemy te produkujemy około 20 GWh/a energii do celów grzewczych. Trudno zatem oszacować zyski z tytułu zastosowanych rozwiązań pasywnych, choć już istnieją budynki niskoenergetyczne.
