W skali roku do powierzchni ziemi dociera ze słońca ok. 1,069 miliarda TWh, czyli o ok. 10000 więcej niż wynosi cała konsumpcja energii ludzkości. Dlatego dobrze jest wykorzystać tę energię do produkcji prądu. Co ciekawe, jest to prostsze niż jeszcze parę lat temu mogłoby się wydawać, a dostępne innowacyjne technologie pozwalają na prężny rozwój branży odnawialnych źródeł energii. Przemawiają za tym wymogi nakazujące pozyskiwanie energii elektrycznej ze źródeł niekonwencjonalnych. To one „inspirują” nas to korzystania z elektrowni wiatrowych, pomp ciepła, biogazowi rolniczych.
Jeśli chodzi o zainteresowanie korzystaniem z energii słońca, to w Polsce wiele osób w dalszym ciągu podchodzi do tego tematu sceptycznie. Według wielu osób, w Polsce nie ma warunków, pozwalających na efektywne pozyskiwanie energii ze słońca. Na szczęście jest to jedynie mit. Efektywność fotowoltaiki w naszym kraju, wbrew opinii, jest bardzo wysoka. W naszym regionie można uzyskać około 950 kWh-1050 kWh z każdego 1000 kWp. Jest to niemal taki sam wynik jakim mogą pochwalić się Niemcy, będące światowym liderem w generowaniu prądu z energii słonecznej. Z drugiej strony, jak można się domyśleć są na świecie miejsca, gdzie efektywność paneli słonecznych jest zdecydowanie wyższa. Przykładowo w Australii czy Izraelu te same panele są w stanie wyprodukować do 1500 kWh do 1900 kWh. Nie zmienia to jednak faktu, że perspektywy rozwoju tej branży są spore. Istnieją prognozy pokazujące, że ten sposób pozyskiwania energii będzie w przyszłości odgrywał coraz większą rolę.
W jaki sposób można czerpać energię ze słońca?
Promieniowanie słoneczne jest zamieniane w energię dzięki ogniwom fotowoltaicznym, które wykorzystują zjawisko konwersji fotowoltaicznej. Najistotniejszą cechą tego zjawiska jest generacja nośników ładunku elektrycznego na skutek absorpcji promieniowania przez półprzewodnik i w efekcie przepływ prądu elektrycznego w obwodzie zewnętrznym. Cechami, które charakteryzują ogniwa fotowoltaiczne są: sprawność konwersji i wielkość możliwej do wytworzenia mocy elektrycznej. Idealne ogniwo krzemowe, którego powierzchnia wynosi 1 m², przy mocy promieniowania padającego na tą powierzchnię równej 1000 W, może wytworzyć nie więcej niż 210 W mocy elektrycznej. Należy jednak podkreślić, że ogniwa krzemowe nie zawsze stanowią tę samą odmianę ogniw fotowoltaicznych. Poszczególne rodzaje różnią się od siebie nie tylko materiałem, z którego są wykonane. Wyróżnia się:
- ogniwa fotowoltaiczne z krzemu polikrystalicznego – wykonane, ze sprasowanego bloku wykrystalizowanego krzemu. Osiągają sprawności rzędu 15%,
- ogniwa fotowoltaiczne z krzemu monokrystalicznego – zbudowane są z monolitycznego kryształu krzemu, o kształcie walca i średnicy ok. 30 cm, pociętego na płytki o grubości 2-3 mm. Panele polikrystaliczne mają sprawność rzędu 18%,
- cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne z krzemu amorficznego – znacząco różnią się budową od typowych technologii modułów krzemowych mono- czy polikrystalicznych. W tego typu panelach nie można wyróżnić pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Ich atutem jest stosunkowo niska cena i mniejsza utrata sprawności wraz ze wzrostem temperatury modułu.
- cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne z materiałów półprzewodnikowych, np.: tellurek kadmu.
Wykorzystywany do produkcji ogniw fotowoltaicznych krzem charakteryzuje się sprawnością fotokonwersji 7-18%. Jest to pierwiastek całkowicie bezpieczny dla zwierząt, w tym drobiu, występuje w środowisku naturalnym. W celu uzyskania odpowiednio dużych napięć i prądów ogniwa łączone są równolegle i/lub szeregowo, tworząc tzw. moduły fotowoltaiczne o mocy wyjściowej od kilku do kilkuset watów. Dzięki temu możliwe staje się zaspokojenie zapotrzebowania na prąd niewielkich kurników, jak i produkcji wielkotowarowych. Poza panelami fotowoltaicznymi w skład typowej instalacji wchodzą urządzenia dostosowujące wytwarzany prąd do potrzeb odbiorców. Gdy instalacja jest przewidziana do wytwarzania energii elektrycznej w celu zasilania urządzeń na prąd stały, konieczne staje się wykorzystanie układu akumulacji energii, co wymusza zastosowanie układów kontroli ładowania i rozładowania, zwłaszcza w przypadku akumulatorów ołowiowo-kwasowych. Stosowanie paneli fotowoltaicznych jako źródła energii dla urządzeń zmiennoprądowych sprawia, że konieczne staje się zastosowania falowników zamieniających wytwarzany prąd stały na prąd przemienny. W sytuacji współpracy paneli fotowoltaicznych z niskonapięciową siecią energetyczną, falownik synchronizuje częstotliwość prądu w sieci przesyłowej z częstotliwością wytwarzanego prądu przemiennego.
Gdzie montuje się panele fotowoltaiczne?
Dobrą informacją dla hodowców drobiu jest fakt, że panele słoneczne pozwalające na korzystanie z energii słońca można montować na wszystkich rodzajach dachów i nie tylko. Montaż paneli przeprowadza się bez względu na to z jakiego rodzaju wykonane jest pokrycie dachu. Nie ma też znaczenia skierowanie połaci względem słońca. Należy jednak podkreślić, że jednym z najczęściej wykonywanych w naszym kraju jest montaż modułów fotowoltaicznych na dachu skośnym. W takiej sytuacji unika się tworzenia dodatkowych konstrukcji pozwalających na ustawienie paneli pod katem określonym w normie. Mają na to wpływ kwestie bezpieczeństwa, budowane konstrukcje mogą być powodem kosztownych szkód. Tymczasem w sytuacji, gdy dach ma niestandardową konstrukcję (konieczne jest ustawienie paneli pod różnym kątem) używa się specjalnych urządzeń tzw. optymizerów mocy, które są podłączane do każdego z paneli. Pozwalają one na uzyskanie większej sprawności całej instalacji. Jak już wspomniano, panele słoneczne można montować niemal wszędzie, problem nie jest też płaski dach. Na takiej powierzchni stosuje się dwa rodzaje systemów montażowych. W sytuacjach kiedy możemy przewiercić dach wybiera się standardowy zestaw składający się z ekierek, oraz profili montażowych. Istnieje również możliwość użycia zestawów, które nie wymagają przewiercania dachu, obciąża się je bloczkami betonowymi. Zastosowanie takich zestawów ma wiele zalet. Pozwalają one na szybkie ustawienie paneli, cechuje się doskonałym wyglądem. Tymczasem, jeśli z jakiegoś powodu nie ma możliwości przeprowadzenia montażu na dachu, można zdecydować się na montaż paneli fotowoltaicznych na gruncie. Aby móc skorzystać z takiego rozwiązania niezbędna jest wolna przestrzeń na terenie gospodarstwa. Poza tym hodowca wybierający montaż na gruncie musi wiedzieć, że instalacja naziemna zajmuje prawie 3 razy więcej miejsca niż instalacja na dachu skośnym. Co ważne, istnieją również bardzo zaawansowane sposoby montażu paneli fotowoltaicznych. Są to tzw. trackery, które śledzą ruch Słońca. Na rynku znajdują się dwa rodzaje trackerów – pojedyncze poruszające się w jednej płaszczyźnie lub podwójne. Trackery zwiększają dobowy uzysk energii, jednocześnie wiążą się z kilkoma obostrzeniami. Panele fotowoltaiczne można też montować w taki sposób aby stworzyć zadaszenie.
Zalety energii słońca
Nie ulega wątpliwości, że gospodarstwa rolne produkujące żywność mają znaczne zapotrzebowanie na energię. Ocenia się, że ich profil zużycia energii jest zbliżony do profilu jaki wyróżnia zakłady produkcyjne lub usługowe. Oszacowano, że średni wskaźnik zużycia energii w sektorze rolnym w krajach Unii Europejskiej kształtuje się na poziomie 2,2%. Inne obliczenia pokazuje, że aby polskie rolnictwo było efektywne na tle innych krajów UE, konieczne jest m.in. ograniczenie o 61 proc. zużycia energii. Dotyczy to energii ze źródłem konwencjonalnych. Pomagają w tym elektrownie fotowoltaiczne. W gospodarstwie dają możliwość produkcji i wykorzystania energii na własne potrzeby, które w nie są małe. Daje to duże oszczędności. Korzystanie z OZE uniezależnia od zewnętrznych dostawców energii, i rosnących cen za energię, a jak wiadomo niższe rachunki za prąd to wyższa opłacalność prowadzonej produkcji. Ponadto atutem instalacji fotowoltaicznej jest zapewnienie działania urządzeń w czasie awarii sieci. Dla człowieka krótkotrwały brak prądu i tym samym oświetlenia czy ogrzewania nie jest dużym problemem, tymczasem w przypadku ptaków jest to źródłem stresu.
Dużym zainteresowaniem cieszy się wykorzystywanie energii słońca do ogrzania powietrza w pomieszczeniach inwentarskich. Jeżeli budynek ogrzewany jest prądem do ogrzewania budynku można użyć energii uzyskanej dzięki panelom fotowoltaicznym. Do centralnego ogrzewania jako niskotemperaturowe źródło ciepła oraz ogrzewania ciepłej wody użytkowej stosowane są również kolektory słoneczne. Doskonale sprawdzają się one do ogrzewania podłogowego. Warto podkreślić, że kolektory nie są tym samym co panele słoneczne. Jest to ważna informacja, bowiem Kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne bardzo często są mylone, choć zasada ich działania jest zupełnie inna. Oba systemy służą do przechwytywania energii słonecznej i przetwarzania jej na użyteczną dla nas postać. Kolektory słoneczne, czyli tzw. systemy solarne umieszcza się na dachach, skąd pochłaniają energię słoneczną. Dzięki temu podgrzewa się specjalny płyn solarny, a dzięki niemu i woda, z której w dużych ilościach można korzystać w całym gospodarstwie rolnym. Podgrzeją ciepłą wodę nawet w okresie chłodniejszym. Wystarczy kilka godzin słońca w ciągu dnia, żeby ogrzać wodę w zbiorniku o kilka stopni. W miesiącach najcieplejszych kolektory słoneczne zapewnią 100% energii zużywanej na ogrzanie wody. Za ich pomocą można podgrzewać wodę przeznaczoną do celów technologicznych, wodę wykorzystywaną w gospodarstwie domowym, a także do podlewania roślin.
Energie słońca można wykorzystywać także do oświetlania pomieszczeń gospodarczych. Panele potrafią wyprodukować taką ilość energii, która wystarczy do zaspokojenia potrzeb całego gospodarstwa rolnego. Jedynym warunkiem jest odpowiedni dobór urządzeń. Wybierając sprzęt należy zwrócić na zapotrzebowanie na energię i średni stopień nasłonecznienia w roku. A ponieważ jest to inwestycja na parę lat, warto wybrać kolektory o jak najlepszych parametrach.
W gospodarstwach zajmujących się hodowlą drobiu mówi się również o inkubatorach zasilanych przez energię słońca. Oceną efektywności tego typu inkubatorów zajęli się między innymi Mansaray i Yansaneh (2008). W swoim badaniu oceniali wydajność zaprojektowanych i wyprodukowanych przez siebie inkubatorów zasilanych przez panele fotowoltaiczne. W doświadczeniu, o którym mowa, komora inkubacyjna była ogólnie utrzymywana przez cały okres inkubacji w zakresie temperatur od 36,8°C do 37,9°C i średniej wilgotności względnej 67,3%. Wyniki pokazały, że odsetek wylęgowości jaj wynosił 23,1%. Tak niska wartość wynikała z kilku czynników – m.in. z powodu zachmurzonej pogody w trakcie inkubacji.
Wady odnawialnych źródeł energii
Odnawialne źródła energii mają też swoje ciemne strony. Jedną z nich jest cena całej instalacji, która zależy od wydajności urządzenia. Monokrystaliczne panele fotowoltaiczne kosztują od 600 zł (model: Solar-Energy 320/72M) do 1800 zł (model: Panasonic VBHN325SJ47). Cena paneli polikrystalicznych jest równie mocno zróżnicowana, wynosi od 600 zł (Solar-Energy MaySun Solar, moc 250 W, Model MS250P60) do nawet 1700 zł (Panasonic VBHN325SJ47 33Wp). Warto jednak mieć świadomość, że koszt instalacji fotowoltaicznej to nie tylko panele, które stanowią 45% ostatecznej ceny. Należy wziąć pod uwagę również koszt Inwertera – 20% ceny instalacji, konstrukcji i oprzyrządowania – 15%, usługi montażu – 10%, podłączenia falownika z panelami, sporządzenia odpowiedniej dokumentacji oraz schematu – 10%. Dobrą wiadomością dla hodowców drobiu jest fakt iż mogą oni skorzystać z ulgi podatkowej 25%. Obowiązuje ona na terenie gminy, w której została zrealizowana inwestycja. Przyznawana jest przez wójta, burmistrza lub prezydenta miasta po zakończeniu inwestycji na podstawie okazanych dowodów zakupu. ■
Anna WilkanowskaUniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy
Piśmiennictwo dostępne u autorki