Panele fotowoltaiczne wizytówką polskiej wsi
Lśniące nowością panele fotowoltaiczne stały się wizytówką nowoczesności i postępu na polskich wsiach. Prezentują się równie nowocześnie, jak czarne lub ciemnobrązowe dachówki bitumiczne. Najpierw pojawiały się na dachach zabudowań wójta, potem sołtysów. Dziś (2021) to już pół miliona instalacji prosumenckich w Polsce i ponad 20 000 firm zajmujących się montażem paneli.
Skład chemiczny paneli fotowoltaicznych
Zdecydowana większość paneli fotowoltaicznych została wyprodukowana z krzemu w postaci amorficznej, polikrystalicznej lub monokrystalicznej, z krzemu czystego lub z dodatkami innych pierwiastków lub związków. Inne panele wykonywane są ze związków telluru, kadmu, miedzi, cynku, cyny, arsenu, siarki, germanu, galu, selenu, indu i innych, niekoniecznie ujawnianych przez producenta a także ze związków organicznych. Wśród tworzyw sztucznych służących do wykonywania powłok wymienić można PET (politereftalan etylenu) oraz ETFE (etylenotetrafluoroetylen), nota bene, ten ostatni podczas spalania uwalnia kwas fluorowy.
Eternit wyznacznikiem nowoczesności polskich wsi lat 60-tych
W pierwszej i drugiej wojnie światowej państwa toczące krwawe wojny robiły to kosztem ubożenia najbiedniejszych. Tereny Polski poniosły największe straty. Jeszcze w latach 50-tych część wiejskich domów w Polsce było krytych strzechą, a w górach – gontem drewnianym. Akurat strzecha była doskonałym materiałem izolacyjnym dla ciepła, niestety – był to materiał łatwopalny, podobnie jak gont drewniany. W latach 60-tych do 80-tych symbolem nowoczesności stały się piękne, jasnoszare, a czasem i kolorowe dachy domów i zabudowańgospodarczych z eternitu. W tamtych czasach nie było dopłat, ale aby kupić w Polsce eternit trzeba było uzyskać „przydział”, asygnatę – takie zaświadczenie, za to, że jest się i będzie się posłusznym władzy ludowej. Pierwsi, oczywiście talony dostawali wójtowie i sołtysi. Gdyby w PRL, w połowie ubiegłego wieku ktoś publicznie wyraził pogląd, że eternit może być zły, zostałby uznany za wroga ludu.
Eternit to nazwa handlowa materiałów budowlanych powstających z cementu i azbestu. Jest to materiał lekki, tani, łatwy w montażu, lepiej tłumił hałas padającego deszczu, niż blacha, wytrzymały, długowieczny, wodoodporny, niewrażliwy na promieniowanie słoneczne, a przede wszystkim – ognioodporny. Naturalny eternit ma duże tzw. albedo, czyli zdolność do odbijania światła słonecznego. Najbardziej znane formy eternitu to eternit płaski i falisty. Wykorzystywany był do krycia dachów i do wykonywania elewacji. Z eternitu produkowano też rury kanalizacyjne, przewody kominowe, przewody wentylacyjne, zaś z azbestu – koce i fartuchy ognioodporne, hamulce, sprzęgła, masy uszczelniające. W Polsce istniało wiele fabryk eternitu. Najbardziej chyba znane w Polsce były Lubelskie Zakłady Eternitu, które powstały na bazie upaństwowionej w PRL fabryki eternitu rodziny Rylskich, wybudowanej jeszcze w 1912 roku. Inna wielka fabryka eternitu w Polsce powstała w 1916 roku, a w PRL funkcjonowała pod nazwą Chrzanowskie Zakłady Eternitu w Górce. Z uwagi na nikłe krajowe zasoby komponentu – azbestu, Polska sprowadzała azbest m.in. z ZSRR, gdzie miała udziały w kopalni azbestu na Uralu.
Niestety, kiedy w Polsce eternitem pokrytych było już ponad miliard m2 dachów, w latach 90-tych ubiegłego wieku okazało się, że azbest jest niebezpieczny.
Azbest to grupa minerałów – naturalnie występujących ciał stałych krystalicznych. Kryształy krzemianów uwodnione, często z innymi składnikami tworzą włókna. Szkodliwe okazały się cieniutkie włókienka azbestu, grubości około 10 nm (nanometr – jedna miliardowa metra = 1e-9m = 10-9m), długości kilku tysięcznych milimetra. Są one składnikiem pyłu azbestowego powstającego podczas wydobycia, przetwarzania i obróbki azbestu. Jak pamiętam, w tamtych czasach przycinanie azbestu na budowach odbywało się na pile tarczowej bez osłony bezpieczeństwa, bez kąpieli wodnej pochłaniającej pył, bez odsysania pyłu. Wdychane włókienka azbestowe, przebijając się przez ściany dróg oddechowych, trafiają do jam opłucnowych i tam, drażniąc nabłonek, powodują po latach jego przemianę do nowotworu zwanego międzybłoniakiem opłucnej. Szczególnie narażeni byli pracownicy będący palaczami, gdyż palenie uniemożliwianaturalne usuwanie pyłów z dróg oddechowych – ich drogi oddechowe stają się bezbronne wobec mikroskopijnych okruchów – krzemianowych krystalicznych igiełek. Dawno temu zdarzało się, że pracownicy zakładów azbestowych „eleganckimi” odpadowymi opiłkami eternitu wysypywali swoje podwórka. Uważa się, że azbest uwięziony w płytach eternitu na dachach nie stanowi niebezpieczeństwa, dopóki ktoś nie zacznie go kruszyć. Jednakże Unia Europejska, w tym także Polska, podjęła się trudnego zadania usuwania z dachów eternitu. Po 50. latach i eternit zmurszał, opatrzył się i przestał być symbolem nowoczesności. Właściciele bez żalu pozbywali się go, a na jego miejsce często trafiały dachówki bitumiczne w kolorach czarnych lub ciemnobrązowych. Moda jest silniejsza aniżeli wiedza ekologiczna. Te ciemne, piękne, nowoczesne pokrycia, pomijając ich skład chemiczny, mają współczynnik odbijania światła, tzw. albedo na poziomie 20%. Czyli 80% padającego promieniowania słonecznego jest przez nie pochłaniane i zamieniane na ciepło ogrzewające naszą planetę. Od wynalezienia eternitu do wykazania jego szkodliwości minęło 80 lat.
Na szczęście w odróżnieniu od azbestu, panele fotowoltaiczne przychodzą do Polski z ChRL gotowe i nikt w Polsce nie musi zajmować się ich obróbką mechaniczną w miejscu montażu. Destrukcja panelu do pyłu też jest umiarkowanie prawdopodobna, więc z powodu oddziaływania pyłów lub jego składników chemicznych nie powinniśmy na razie obawiać się ich obecności na dachu lub w sąsiedztwie budynku.
Wydajność, sprawność i efektywność paneli fotowoltaicznych
Dla dalszych naszych rozważań konieczne jest przytoczenie kilku definicji.
* Nasłonecznienie – jest to suma energii promieniowania słonecznego, jakie w ciągu jednego roku pada na powierzchnię 1m2 na danym obszarze. Podawane jest najczęściej w [kWh/m2] lub [J/m2}, gdzie kWh – kilowatogodzina, J – dżul. Jest informacją, ile energii słonecznej mamy rocznie do dyspozycji w określonym miejscu kuli ziemskiej. W Polsce nasłonecznienie wynosi około 1000 kWh/m2 (950 do 1150 w zależności od lokalizacji). Bardziej na południe od Polski, np. wokół M. Śródziemnego czy na Bliskim Wschodzie nasłonecznienie jest już dwukrotnie wyższe, a są i takie miejsca na Ziemi, gdzie nasłonecznienie sięga 3000 kWh/m2.
* Natężenie promieniowania słonecznego – to chwilowa wartość mocy promieniowania słonecznego padająca na jednostkę powierzchni, wyrażana jest w [W/m2]. W Polsce może ono osiągać około 1000 W/m2. Trzeba cały czas pamiętać, że jest to wartość chwilowa, a maksymalna jest bardzo daleka od średniej. Gdyby wziąć pod uwagę całą dobę wraz z nocą, to średnia arytmetyczna natężenia wyniosłaby zaledwie 114W/m2.
* Wydajność panelu (moc znamionowa, moc nominalna) – to maksymalna moc, jaką w warunkach standardowych panel może wytworzyć. Podawana jest w Wp albo kWp (z ang. watt-peak, spolszczone: watopik, a jednostka tysiąc razy większa to kilowatopik. Odnosi się do całego, konkretnego panelu, jako jednostki o określonej powierzchni, np. 300 Wp dla panelu 1,6 m2. To oznacza, że 1kWp możliwy jest do uzyskania z zespołu paneli o powierzchni 5,3 m2. 1kWp może w warunkach polskich dostarczyć rocznie 1000 kWh energii elektrycznej.
* Warunki standardowe STC – Standard Testing Conditions z przypisanymi normami – laboratoryjne warunki przyjmujące natężenie promieniowania 1000 W/m2, temperaturę panelu 25 ⁰C, grubość (masa optyczna) atmosfery jak dla Europy AM=1,5, brak wiatru. Od warunków standardowych STC nieco się różnią podawane przez część producentów standardy NOCT – Normal Operating Cell Temperature (800 W/m2, temperatura powietrza 20 ⁰C, wiatr 1m/s).
* Sprawność panelu fotowoltaicznego – jest to stosunek mocy oddawanej energii elektrycznej do mocy padającego promieniowania słonecznego. Laboratoryjne osiągi najlepszych przekraczają 40%. Sprawność rzeczywistych, komercyjnie dostępnych paneli fotowoltaicznych w instalacji wynosi około14%. Pozostała ilość energii zamieniana jest na ciepło. Gdyby ktoś nadmiernie ambitny chciał obecnie w swoim domu zastosować jakieś szczególnie wydajne panele, jakie są stosowane w specjalistycznych urządzeniach, poniesie koszty niewspółmiernie wysokie wobec potencjalnego zysku z ich większej sprawności.
* Współczynnik temperaturowy – określa, o jaki procent spada sprawność panelu przy wzroście temperatury o 1 ⁰C. Wynosi on zwykle poniżej 0,5%.
* Roczny spadek mocy – to utrata zdolności do przekształcania energii elektromagnetycznej słońca do energii elektrycznej wyrażana w procentach wskutek procesów starzenia. Typowo panel krzemowy po 25 latach powinien zapewnić jeszcze 80% mocy wyjściowej.
- Efektywność panelu fotowoltaicznego – uwzględnia nie tylko jego nominalną moc, sprawność przetwornicy, możliwość incydentalnego zacienienia, zanieczyszczenie powierzchni temperaturę pracy, wentylację, porę roku, warunki geograficzne, orientację i kąt pochylenia, instalację stałą lub nadążną za słońcem, roczny spadek mocy. W warunkach Polski z jednego kWp, czyli zespołu paneli o powierzchni nieco ponad 5m2 można spodziewać się efektywności dającej 1000 kWh rocznie.
Polecamy
