Przyszłość konwersji energii słonecznej do elektrycznej

 

Przetwarzanie promieniowania słonecznego w energię elektryczną jest systematycznie udoskonalane, ale wciąż jeszcze daleko nam do granic możliwości. W 2009 r. wytwarzano ogniwa fotowoltaiczne o sprawności w granicach 15-18%. Jednak już w latach 2025-2030 sprawność ma wzrosnąć do ok. 50%.

     Chociaż w różnych regionach świata buduje się nieustannie wielkie parki baterii fotowoltaicznych (fot. 1), to już podjęto badania nad konwersją energii słonecznej z udziałem satelity w przestrzeni kosmicznej (EnBW – Energie Baden Wittemberg AG, 6.03.009 r.).

Koncepcja orbitalnej elektrowni

W przestrzeni kosmicznej słoneczne promieniowanie jest trwałe oraz równomierne. Stąd wyłoniła się koncepcja podjęcia opracowania i zbudowania odpowiedniej orbitalnej instalacji fotowoltaicznej, wytwarzającej w sposób ciągły energię elektryczną lub kierującą energię ku ziemi, gdzie będzie przetwarzana na energię elektryczną (rys. 1).

Stosowne badania są już prowadzone w NASA w USA. Tu rozpatruje się koncepcję budowy satelity o powierzchni jednego km2 z bateriami fotowoltaicznymi. Były fizyk z NASA, Jon Manhins, wykazał w odpowiednich studiach eksperymentalnych, że za pomocą promieni mikrofalowych będzie można przesłać energię z satelity na naszą planetę.

Japońska Agencja Przestrzeni Kosmicznej (JAXA) opracowuje solarnego satelitę, który, wykorzystując paraboliczne lustra, skieruje skoncentrowane promieniowanie słoneczne na płyty ceramiczne o specyficznych właściwościach, przekazujące energię w postaci promieni laserowych ku ziemi, gdzie baterie fotowoltaiczne przetworzą je w energię elektryczną.

Według JAXA tego typu satelita energetyczny będzie posiadał moc wytwórczą energii elektrycznej zbliżoną do elektrowni jądrowej. Pierwszy eksperyment dotyczący tej technologii Japończycy zaplanowali na 2013 r.

Do rozwiązania pozostaje wiele problemów, wśród których trzeba wymienić konieczność opracowania technik montażu na orbicie okołoziemskiej tak gigantycznych satelitów.

Obecnie bowiem zapotrzebowanie ludzkości na energię wynosi ok. 15 TW, a promieniowanie słoneczne docierające do naszej planety to moc 120 000 TW! Przyszłość ludzkości jest nade wszystko zależna od energii słońca, a wszystko zależy od tego, jak szybko zrozumieją to mieszkańcy Ziemi.

Niemcy w fotowoltaicznej czołówce

Na terenie Niemiec do końca 2007 r. zainstalowano baterie fotowoltaiczne o powierzchni 1345 boisk do piłki nożnej (9,6 mln2). Tylko w 2009 r. w Niemczech zamontowano 300 000 baterii słonecznych o globalnej mocy 1,5 GW, co zapewniło temu krajowi pierwsze miejsce na świecie pod tym względem. W niemieckiej części Frankfurtu nad Odrą uruchomiono nowoczesną fabrykę produkcji wysoko sprawnych baterii fotowoltaicznych (fot. 2).

Realizowane w Unii Europejskiej inwestycje w obszarze PV pozwalają na sformułowanie wniosku, że w 2020 r. ok. 12%, a w 2050 r. 45-50% energii elektrycznej pozyska się dzięki wykorzystaniu PV.

Godny odnotowania jest projekt DESERTEC. Zakłada on zainstalowanie na pustyni Sahara baterii słonecznych o mocy zapewniającej pełne pokrycie zapotrzebowania Europy na energię elektryczną. W tym pustynnym regionie odpowiednie nasłonecznienie występuje przez 4400 godzin w roku. Projekt zakłada zainstalowanie parabolicznych luster, w których osiach znajdują się rury, a w nich będzie cyrkulował olej, nagrzewający się do 400°C. Gorący olej zapewni obieg parowo-wodny dla napędu turbin sprzężonych z elektrogeneratorami. Do tego projektu zgłoszono liczne zastrzeżenia oraz uwagi, wymagające uzupełniających studiów. Jeden z postulatów dotyczy zrezygnowania z systemu grzewczego wraz z przynależnymi kotłowniami oraz turbinami parowymi sprzężonymi z elektrogeneratorami i zainstalowanie w ich miejsce wysoko sprawnych baterii fotowoltaicznych.

Instalowanie coraz większej liczby baterii PV o przeciętnym dwudziestoletnim okresie eksploatacji wymaga oczywiście budowy kolejnych fabryk do ich produkcji. Niedawno uruchomioną taki zakład we Frankfurcie nad Odrą.

Fabryki potrzebują nowszych i bardziej wydajnych maszyn oraz instalacji (rys. 2), które konstruują specjalistyczne przedsiębiorstwa. Wśród nich znaczącą pozycję na świecie zajmuje niemiecka firma Centrotherm Photovoltaics AG.

Udział Niemiec w ogólnoświatowej produkcji urządzeń dla fabryk wytwarzających baterie fotowoltaiczne przewyższa 50%1.

Wspomniana firma Centrotherm Photovoltaics AG eksportuje obecnie swoje instalacje głównie do Chin oraz USA. Wpływające nieustannie do przedsiębiorstwa zlecenia na maszyny do wytwarzania PV przekroczyły w 2009 r. możliwości ich realizacji, wydłużając okres oczekiwania średnio o 10,5 miesiąca, i to mimo ogólnoświatowego kryzysu gospodarczego. Po prostu w tej dziedzinie ogólnoświatowy kryzys gospodarczy był relatywnie mniej odczuwalny.

Sprawność produkowanych ogniw fotowoltaicznych i znaczna obniżka kosztów inwestycyjno-eksploatacyjnych pozwala na prognozowanie, że przyrost mocy z nowo instalowanych baterii PV osiągnie poziom 30-35%.

Ubolewać należy nad tym, że nasz kraj nie okazuje jak dotychczas właściwego zainteresowania fotowoltaiką jako źródłem energetyki rozproszonej, której rozwój uwzględniono w Polityce energetycznej Polski do 2030 r.

Źródło

1. Hartung R: „Sonne Wind & Wärme” 8/2009.