Energetyka słoneczna w Polsce

Warunki meteorologiczne w Polsce charakteryzują się bardzo nierównomiernym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym. 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego (od początku kwietnia do końca września). Czas aktywności słońca w zimie skraca się do 8 godzin dziennie, zaś w lecie w miesiącach najbardziej słonecznych osiąga 16 godzin.

Cechą szczególną jest znaczny udział promieniowania rozproszonego w promieniowaniu całkowitym. W skali roku wynosi ono powyżej 50%, a w czasie czterech miesięcy zimowych (listopad-luty) 65-73%. Roczna gęstość promieniowania słonecznego na powierzchnię poziomą przyjmuje wartości rzędu 950-1250 kWh/m². Na podstawie wieloletnich analiz stwierdzono, że największe wartości strumienia promieniowania słonecznego występują nad Bałtykiem oraz we wschodniej części Polski. Warunki nasłonecznienia w tych rejonach odpowiadają warunkom istniejącym w Europie Środkowej, na przykład w Austrii i na Węgrzech. Roczna średnia wartość sum nasłonecznienia w Polsce wynosi 1600 godzin.

Słoneczne systemy aktywne, w których zachodzą procesy konwersji termicznej (z użyciem systemów cieczowych) mogą być stosowane w polskich warunkach klimatycznych przede wszystkim do:

• podgrzewania ciepłej wody w obiektach działających sezonowo w cieplejszej połowie roku: w obiektach letniskowych, rekreacyjnych i sportowych
• podgrzewania ciepłej wody użytkowej w instalacjach funkcjonujących przez cały rok: w budownictwie mieszkaniowym i obiektach użyteczności publicznej
• podgrzewania wody w basenach otwartych i krytych
• podgrzewania wody do celów rolniczych w produkcji roślinnej i zwierzęcej oraz w przetwórstwie rolno-spożywczym
• ogrzewania pomieszczeń, jedynie w przypadku zapewnienia sezonowego magazynowania energii promieniowania słonecznego i zastosowania hybrydowych systemów grzewczych, na przykład z pompami ciepła lub bojlerami na paliwa stałe lub płynne.

W przypadku analogicznych systemów powietrznych najważniejsze obszary zastosowań to:

• suszenie produktów rolniczych i drewna
• dogrzewanie lub ogrzewanie pomieszczeń w skojarzonych systemach aktywnych z pasywnymi, na przykład rozwiązania semi-pasywne w budownictwie energooszczędnym i regulacja mikroklimatu w magazynach.

Systemy te są zazwyczaj wykonywane metodami domowymi przez prywatne osoby.

Technologie oraz rozwój rynku słonecznego
W Polsce stosowane są głównie płaskie oszklone kolektory słoneczne. Składają się z pojedynczego pokrycia szklanego, metalowej (przeważnie miedzianej) blachy, tworzącej powierzchnię absorbującą z przylegającą do niej serpentyną z rury miedzianej, izolacji termicznej absorbera od spodu oraz obudowy (na ogół aluminiowej).
Powierzchnia absorbera jest najczęściej pokryta galwanicznie selektywną warstwą czarnego chromu na bazie niklu. Wymiary kolektorów wynoszą zwykle 100 x 200 x 10 cm. W praktyce takie kolektory łączone są w większe systemy - baterie. Większość instalatorów oferuje kompletne zestawy zawierające zasobniki, zawory, pompy, wymienniki ciepła i systemy kontroli. Waga kolektorów płaskich cieczowych to 22-28 kg/ m² plus stelaż i orurowanie 2-5 kg/m². Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza mają większe wymiary i mniejsze masy (5-15 kg/m²). W systemach grzewczych współpracują z wentylatorami, przewodami rozprowadzającymi podgrzane w kolektorze powietrze oraz zasuwami regulacyjnymi. W polskich warunkach słoneczne systemy grzewcze produkowane są metodami przemysłowymi, warsztatowymi (rzemieślniczymi) oraz sposobami domowymi przez prywatne osoby. Sprzedaż kolektorów rurowo-próżniowych (technologia zaawansowana) jest niewielka z powodu wysokiej ceny - nie przekracza 1% sprzedaży rynkowej, odgrywają one więc stosunkowo niewielką rolę. W Polsce nie produkuje się kolektorów tego typu, są one importowane. Równie rzadko spotyka się w naszym kraju kolektory płaskie nie pokryte osłoną przezroczystą.
Ocenia się, że w Polsce funkcjonuje około 20 000 m² instalacji słonecznych na bazie oszklonych kolektorów. Większość z nich zamontowano w okresie ostatnich kilku lat, w tym około 30% pochodzi z importu.
Mimo stosunkowo wysokiego kosztu, sprzedaż słonecznych instalacji grzewczych znacznie wzrosła w ciągu ostatnich kilku lat, w roku 2000 podwoiła się w stosunku do roku 1999. Szacuje się, że obecnie roczna sprzedaż kolektorów na rynku krajowym wynosi około 2000 m². Typowe instalacje są niewielkie, z kolektorami o powierzchniach rzędu kilku, kilkunastu metrów kwadratowych. Dużych instalacji o powierzchni powyżej 100 m² wykonano kilkanaście.
Ceny cieczowych kolektorów słonecznych kształtują się, w zależności od wydajności energetycznej i producenta od 1000 do 6000 zł/m² kolektora w całej instalacji. Najniższe ceny osiągają proste, płaskie kolektory, zaś najwyższe kolektory próżniowo-rurowe.
W 2001 roku Europejskie Centrum Energii Odnawialnej przygotowało stanowisko do badań kolektorów słonecznych, wyposażone w aparaturę pomiarową o dokładności odpowiadającej normom międzynarodowym. Zostało zaprojektowane zgodnie z międzynarodową normą ISO 9806 i jej europejskimi odpowiednikami. Stanowisko jest wyposażone w urządzenie nadążające za słońcem.

Energia słoneczna w założeniach Strategii Rozwoju Energetyki Odnawialnej
Podstawowym dokumentem politycznym odnoszącym się do energetyki odnawialnej jest "Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej", opracowana przez Ministerstwo Środowiska i zatwierdzona przez Radę Ministrów 5 września 2000 roku oraz zaakceptowana przez Sejm Rzeczypospolitej 23 września 2001 roku. Dokument ten stwierdza, że udział energii ze źródeł odnawialnych w ogólnym bilansie paliwowo-energe-tycznym w 2000 roku wynosił około 2,5%, natomiast w 2010 roku planowany jest jego wzrost do 7,5% i 14% w roku 2020.
Zgodnie ze scenariuszem rozwoju technologii odnawialnych źródeł energii w roku 2010, przy założeniu ich 7,5% udziału w bilansie energetycznym kraju oraz wysokości niezbędnych dopłat ze środków publicznych przewiduje się, że do roku 2010 zostanie zainstalowane:

• 100 MW kolektorów słonecznych powietrznych, co łącznie z istniejącymi pozwoli na uzyskanie 0,1 % w całkowitym bilansie energetycznym kraju
• 700 MW kolektorów słonecznych cieczowych, co będzie stanowiło 0,9% udziału w bilansie
• 2 MW systemów fotowoltaicznych.

W Strategii dotyczącej energetyki słonecznej stwierdzono, że w Polsce istnieje duży potencjał technicznego wykorzystania energii promieniowania słońca, szacowany na około 1 340 PJ, jednak jego eksploatacja ze względu na nierówny rozkład w cyklu rocznym jest utrudniona, zwłaszcza w okresie zimowym. Ponadto koszt wytwarzania energii cieplnej przez kolektory słoneczne cieczowe oraz ogniwa fotowoltaiczne jest stosunkowo wysoki, szczególnie w porównaniu z najwyższymi w Polsce cenami energii uzyskiwanej przez instalacje wykorzystujące paliwa kopalne. Natomiast kolektory słoneczne powietrzne wykazują się kosztami produkcji energii niższymi lub porównywalnymi z kosztami zastępowanych konwencjonalnych nośników energii.
Strategia zakłada wprowadzenie różnych mechanizmów promocji technologii charakteryzujących się niską opłacalnością, na przykład kolektory słoneczne. Te mechanizmy mogą włączać system takich inicjatyw, jak wprowadzenie obowiązku wykazywania w bilansach energetycznych gmin oceny lokalnych zasobów odnawialnych źródeł energii i opłacalności ich wykorzystywania, zobowiązanie zakładów energetycznych do zawierania długoterminowych kontraktów na sprzedaż energii ze źródeł odnawialnych, stworzenie systemu zachęt przez stosowanie takich instrumentów jak certyfikaty, konkursy lub przetargi.
Z instrumentów ekonomicznych, w początkowym okresie realizacji Strategii przewiduje się wspieranie przedsięwzięć z funduszy celowych, funduszy przedakcesyjnych i strukturalnych Unii Europejskiej oraz poprzez utrzymanie ulgi inwestycyjnej z wydatków poniesionych na zakup urządzeń służących do otrzymywania energii z odnawialnych źródeł. W dalszych etapach, w miarę możliwości budżetu państwa będą rozważane szansę wsparcia w postaci dotacji, dopłat do kredytów, gwarancji i poręczeń kredytowych.
Inne działania promujące odnawialne źródła energii, o których należy wspomnieć, to edukacja i promowanie przez wprowadzanie programów nauczania na wszystkich poziomach szkolnictwa, prowadzenie akcji uświadamiających o korzyściach wynikających ze stosowania odnawialnych źródeł energii. Strategia nakłada również na centralne organy administracji rządowej szereg działań organizacyjnych, zobowiązujących między innymi do: podjęcia prac nad projektem ustawy w zakresie racjonalnego użytkowania energii, źródeł skojarzonych i odnawialnych, oceny istniejącego funkcjonowania prawa energetycznego w obszarze wykorzystania odnawialnych źródeł energii, podjęcia działań zmierzających do zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii w bilansie energetycznym kraju, opracowanie rządowego programu dotyczącego odnawialnych źródeł energii w budownictwie. Strategia wskazuje, że wdrożenie krajowej polityki energii odnawialnej w Polsce ma być powierzone Europejskiemu Centrum Energetyki Odnawialnej przy Instytucie Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa (EC BREC/IBMER). Pełny tekst Strategii umieszczono na stronie internetowej EC BREC/IBMER http://www.ibmer.waw.pl/ecbrec/ eng/main. html

Perspektywy dalszego rozwoju sektora energetyki słonecznej
Pilotażowy charakter Strategii, ze względu na brak ustalonych trendów rozwojowych technologii odnawialnych źródeł energii (które dopiero kształtują się w Polsce), mógł być przyczyną powstania ryzyka diagnostycznego przy próbie oceny przyszłego udziału ich oraz poszczególnych technologii w bilansie energetycznym kraju. Trudności w planowaniu i prognozowaniu rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce pogorszył dodatkowo brak dostępu do narzędzi prognostycznych -sprawdzonych programów symulacyjnych. W Unii Europejskiej takim programem jest SAFIRE (Strategic Assessment Framework for the Implementation of Rational Energy). SAFIRE to narzędzie, które pozwala badać i szacować możliwości rozwoju technologii energii odnawialnej przy użyciu różnych instrumentów politycznych i gospodarczych w warunkach konkurencji z konwencjonalnymi technologiami energetycznymi. SAFIRE umożliwia bilansowanie zużycia różnych nośników energii w zależności od potrzeb energetycznych. W odpowiedzi na zapotrzebowanie Ministerstwa Środowiska, na bazie programu SAFIRE, zostały opracowane przez EC BREC/IBMER, wspólnie z brytyjską firmą ESD, scenariusze rozwoju energetyki odnawialnej w Polsce do roku 2020. Biorąc pod uwagę mechanizmy wsparcia finansowego, uwzględniono cztery scenariusze: referencyjny, gdzie dodatkowe nakłady ze strony państwa pozostaną na poziomie roku 2000, środowiskowy, który uwzględnia największy udział środków budżetowych oraz dwa pośrednie uwzględniające podjęcie działań zgodnie z zapisami w Strategii. Stosownie do prognozowanego rozwoju poszczególnych technologii, technologia słoneczna pomimo bardzo wysokich zasobów technicznych, ocenianych na prawie 400 PJ w 2020 roku (kolektory słoneczne + fotowoltaika), uzyskuje bardzo umiarkowany udział rynkowy w porównaniu z innymi technologiami. Szacuje się, że nie przekroczy ona 1% w roku 2020, jedynie przy zwiększonych mechanizmach wsparcia w scenariuszu środowiskowym osiągnąć może 1,7%. Scenariusz referencyjny przewiduje osiągnięcie 59 MW wobec 2145 MW według scenariusza środowiskowego. Udział fotowoltaiki w bilansie energii zarówno pierwotnej jak i elektrycznej jest znikomy dla wszystkich scenariuszy. Pomimo, iż przewidziano redukcję nakładów inwestycyjnych, będzie to nadal jedna z najdroższych technologii. Z powodu wysokich kosztów penetracja rynkowa dla scenariusza referencyjnego w 2020 roku jest niska (prawie 4 MW), zaś dla optymistycznego scenariusza środowiskowego wynosi 495 MW. Barierę dla inwestycji dotyczących instalacji słonecznych stanowią ich wysokie koszty, które przy obecnym poziomie cen paliw kopalnych są przyczyną długich okresów zwrotów poniesionych nakładów. Dodatkowym problemem jest to, że produkcją urządzeń służących do wykorzystania odnawialnych źródeł energii zajmują się zazwyczaj niewielkie przedsiębiorstwa, z niskim poziomem kapitalizacji, które przy obecnym systemie kredytowania nie są w stanie przetrwać przy zbyt długo zamrożonych środkach finansowych. Innym problemem jest brak niezbędnej wiedzy i doświadczenia w przygotowaniu projektów oraz w uruchamianiu właściwych źródeł ich finansowania. Nie pomaga też fakt, że banki mają często negatywny stosunek do kredytowania budowy systemów wykorzystujących odnawialne źródła energii ze względu na ich stosunkowo małą skalę. Banki i instytucje finansowe (fundusze) zazwyczaj niechętnie inwestują w projekty małe, gdzie niewielkie zyski związane są z wysokimi kosztami administracyjnymi, przeważnie preferują kredytowanie klasycznych inwestycji wielkoprzemysłowych, wspieranych gwarancjami rządowymi. Obecnie w Polsce funkcjonuje kilka instytucji finansowych wspierających rozwój odnawialnych źródeł energii - należą do nich między innymi: Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, EkoFundusz, Wojewódzkie Fundusze Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Program Małych Grantów GEF. Wspierają projekty związane z odnawialnymi źródłami energii ze wzglądu na możliwości zmniejszenia negatywnych oddziaływań na środowisko.
Rodzaje pomocy finansowej najczęściej stosowane przez wspomniane wyżej instytucje obejmują udzielanie preferencyjnych pożyczek oraz dotacji. Zazwyczaj nie większych niż 50% kosztów realizacji. W przypadku pożyczki inwestorzy prywatni są zazwyczaj traktowani podobnie jak jednostki budżetowe. Bardziej skomplikowana jest kwestia dotacji, którą bardzo często mogą uzyskać wyłącznie samorządy lub organizacje pozarządowe. Instalacje słoneczne w Polsce są z zasady inwestycjami o małej skali, stąd inwestorzy mogą liczyć najwyżej na kredyty niskooprocentowane, przy czym bariery związane z czynnościami administracyjnymi mogą być nie do pokonania przez przeciętnego użytkownika. Duże instalacje o powierzchniach kolektorów rzędu kilkuset metrów, jak już wspomniano, są rzadkością i mogą być wdrażane raczej przez większe jednostki administracyjne, na przykład gminy. Nową formą sprzedaży jaka powinna się rozwijać jest pakietowanie zamówień, czyli łączenie się inwestorów z określonego rejonu w grupy, co może pozwolić na większą pomoc finansową instytucji wspomagających oraz na negocjacje cenowe (upusty) z producentami instalacji.
Podsumowując należy zauważyć, że obecna sytuacja w kraju i wyraźne zainteresowanie rządu i parlamentu problemami odnawialnych źródeł energii, a także zwiększone zainteresowanie społeczeństwa sprawami ekologii stwarza dogodne warunki do rozwoju technologii słonecznych.