Energia słońca wobec potrzeb człowieka
Pędzący rozwój cywilizacji prowadzi do ciągłego, wykładniczego wzrostu zapotrzebowania na energię. Obecnie świat zużywa 580 EJ energii rocznie (EJ, czyli Exadżul, czyli 10e18 = 1018 dżula, tzn. 10 do potęgi 18 dżula). Parcie społeczeństw do wzrostu ekonomicznego wymaga dalszego i to znacznego wzrostu uwalniania przez człowieka energii określanej jako energia pierwotna. Zasoby energii węglowej oraz nuklearnej w końcu ulegną wyczerpaniu. Okazuje się, że potencjalnym źródłem energii użytkowej może być Słońce, a energia zamieniana na energię elektryczną – niezwykle wygodną dla dalszego, dowolnego przetwarzania przez człowieka. Teoretycznie dostępna przy całej powierzchni Ziemi energia elektromagnetyczna promieniowania słonecznego wynosi około 1,8 miliona EJ, czyli ponad 3000 razy więcej, aniżeli zużywa obecnie ludzkość. To łakomy kąsek. Ile jednak tej energii możemy przechwycić nie naruszając homeostazy Matki Ziemi?
Panele fotowoltaiczne i panele słoneczne (cieplne kolektory)
Jako pierwszy zjawisko fotowoltaiczne zaobserwował w 1839 roku francuski uczony Aleksander Edmund Becquerel (1820-1891), ale nagroda Nobla przypadła Albertowi Einsteinowi w 1906 roku za próbę wyjaśnienia tego zjawiska. Zjawisko fotowoltaiczne polega na powstawaniu napięcia elektrycznego w ciele stałym wskutek działania na nie promieniowania elektromagnetycznego (np. słonecznego). Panel fotowoltaiczny to połączona ze sobą bateria ogniw fotowoltaicznych stanowiąca jedną całość. Gwałtowny rozwój energetyki opartej o panele fotowoltaiczne nastąpił dopiero w tym wieku wraz z rozwojem technologii (dawniej zjawisko fotoelektryczne było wykorzystywane głównie w przyrządach pomiarowych i do zasilania niewielkich urządzeń), a przede wszystkim wraz z opanowaniem technologii masowej produkcji przez Chińską Republikę Ludową.
Energia elektryczna stanowi 17% energii pierwotnej uwalnianej rocznie na świecie przez człowieka, z tego obecnie panele fotowoltaiczne dostarczają około 3% energii elektrycznej (na podst. danych BP Statistical Review of World Energy 2020). Zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta szybciej, aniżeli na energię pierwotną. W wielu miejscach na świecie pozyskiwanie energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych jest dobrym rozwiązaniem, szczególnie w krajach o mniej rozwiniętej infrastrukturze elektroenergetycznej oraz ze znacznym nasłonecznieniem, które może być nawet 3-krotnie większe niż w warunkach polskich. Jest to z pewnością rozwiązanie przyszłościowe. Fotowoltaika może być dziennym wsparciem dla lokalnych sieci energetycznych, szczególnie tam, gdzie w ciągu dnia jest większe zapotrzebowanie na energię. Niestety, na razie jest to rozwiązanie względnie drogie, „opłacalne”, o ile dotowane jest z opodatkowania klasycznej energetyki. Nie ma się co dziwić – jak każda nowość ma cenę wygórowaną. Nieodpowiedzialne dotacje szczególnie windują cenę instalacji fotowoltaicznych. Dla przypomnienia: kilkanaście lat temu „żarówka” LED-owa kosztowała 100 zł, obecnie – 10 zł. Do pośpiechu dopłacają w Polsce wszyscy podatnicy, zaś obciążenie tradycyjnej energetyki kontrybucjami w postaci spekulanckich świadectw emisyjnych, opartych na przekłamaniach ekologicznych ogranicza jej modernizację w Polsce i wkrótce zmusi Polskę do importu energii z zagranicy.
Kolektory cieplne mają dłuższą historię użytkowania, aniżeli panele fotowoltaiczne. Energia słonecznego promieniowania elektromagnetycznego zamieniana jest tu bezpośrednio na energię cieplną. Wykorzystywane są przede wszystkim do podgrzewania wody użytkowej, stosowane są do podgrzewania wody technologicznej. Są zdecydowanie wydajniejsze od paneli fotowoltaicznych, osiągając sprawność 50, a nawet 70%. Jeśli można to zrobić bezpośrednio zwykłymi kolektorami, nieopłacalne jest podgrzewanie wody panelami fotowoltaicznymi, gdzie najpierw energia słoneczna zamieniana jest z niską sprawnością na elektryczną, a dopiero ta zamieniana jest na ciepło. W Polsce świetnie spisują się od wiosny do jesieni, zimą ich wydajność spada, ale korzyść w pozostałych porach roku jest przeważająca. Istnieje wszakże możliwość korzystania z kolektorów cieplnych także zimą i w nocy, jeśli są to tzw. kolektory termodynamiczne, a najprościej tłumacząc – połączone z pompą ciepła. Kolektory słoneczne mają, niestety krótszą żywotność od paneli fotowoltaicznych. Obecnie w Polsce mamy ponad 500 000 prosumenckich instalacji fotowoltaicznych i drugie 500 000 instalacji kolektorów cieplnych.
Każdy duży chłopiec, czyli jak to w Chinach ludowych bywało
Kto z nas w młodości nie marzył, aby samemu produkować dla siebie prąd elektryczny? Pół wieku temu, korzystając z informacji zawartych w „Młodym Techniku”, „Horyzontach Techniki”, „Nowoczesnych zabawkach” Janusza Wojciechowskiego i innych źródłach, wielu polskich majsterkowiczów konstruowało wiatraczki napędzające prądnice samochodowe, inni – koło wodne sprzężone z prądnicą na przepływającym obok domu strumyku. Niestety, dobrze zapowiadająca się w Polsce klasa techniczna zanikła: czy wpłynęła na to niefortunna reforma szkolnictwa, likwidująca szkoły zawodowe, czy reforma administracji państwowej zwiększająca rzeszę biurokratów w utworzonym trzecim szczeblu administracji (paradoksalnie – w dobie postępującej komputeryzacji, która dawała szansę na działanie odwrotne, tzn. jakże potrzebną redukcję biurokracji)? Może spowodował to wpływ niepolskich mediów, którym udało się wmówić Polakom, że przemysł i inżynierowie nie są już w Polsce potrzebni? A może wzrost ilości punktów sprzedaży alkoholu czy hedonizm i uzależnienie od treści komputerowych?. Dziecięce marzenia jednak wydają się dziś możliwe do spełnienia. Kilka tysięcy firm oferuje (czasem nachalnie) sprzedaż paneli umożliwiających własną produkcję prądu. Na początku wielki entuzjazm związany z nadzieją na „własną” energię elektryczną, na uniezależnienie się od dostawcy energii elektrycznej i zabezpieczenie na wypadek przerw w dostawie energii elektrycznej. Miałoby to sens dla zapewnienia ciągłej pracy urządzeń w nowoczesnych gospodarstwach rolnych, a w domach, w razie zaniku energii – dla podtrzymania pracy pompy centralnego ogrzewania i samego kotła CO oraz automatyki, lodówek, oświetlenia i innych urządzeń elektrycznych. Wielu ludziom towarzyszy lęk i dyskomfort w domu z powodu braku światła i dostępu do internetu. Realia okazują się zupełnie inne. Koszt założenia i eksploatacji większej, autonomicznej instalacji, tzw. „off grid” okazuje się zbyt duży z uwagi na cenę magazynów energii – akumulatorów, które na dodatek wymagają okresowej wymiany. To najważniejsze rozczarowanie. Zatem dla inwestora osiągalna finansowo staje się instalacja zależna, tzw. „on grid” , działająca tylko wtedy, gdy jednocześnie jest zasilanie z sieci energetycznej. Gdy zasilania z sieci nie ma, to panele fotowoltaiczne są automatycznie odłączane i nie działają ani światło, ani pompa CO, ani komputer. Mechanizm psychologiczny funkcjonuje jednak w taki sposób, że jeśli ktoś już „się napalił” na „samodzielną produkcję prądu” – instalację fotowoltaiczną i zgromadził duże środki, to już je na to przeznaczy. Zachętą psychologiczną jest dotacja państwa (czyli nas wszystkich). Do niedawna to instalacje „on grid” były preferowane przez polski rząd i dotowane ze środków publicznych bądź pozyskanych z energetyki klasycznej.
Jaki ta historia ma związek z Chinami Ludowymi? Otóż w latach 1958-1962, gdy w ChRL komisarze ludowi mieli władzę bogów, ogłosili kampanię „Wielkiego Skoku Naprzód” – coś, co brzmiało jak „Wielka Transformacja Energetyczna”. Ponieważ stal w dawnych Chinach była droga, zadziałał mechanizm psychologiczny, który zmobilizował około 100 milionów rolników do ambitnego, przydomowego wytopu stali w dymarkach. W związku z dotacjami państwa socjalistycznego do tej inicjatywy, stała się ta działalność bardzo opłacalna, bardziej od zajmowania się rolnictwem. Produkcja przydomowa stali nie była wówczas jedyną dotowaną przez państwo utopijną działalnością. Efektem tych chorych pomysłów komisarzy ludowych był wielki kryzys i głód. Jak to w systemach totalitarnych bywa – łatwo znaleźli się i profesorowie, którzy utwierdzali komisarzy w słuszności poglądów. Amerykański sinolog John K. Fairbank w książce China – a New History, 1992, szacował liczbę ofiar na 20-30 milionów, choć liczba ta mogła być nawet dwukrotnie wyższa (Jasper Becker, Hungry Ghosts: Mao’s Secret Famine, John Murray General Publishing Division, 1996).
