»Silicijeve sončne celice ne gorijo, ker imajo izredno visoko tališče. V primeru požara bodo zagoreli podporni elementi, kot so okvirji, podpora zaščita na vrhu. Takšne nesreče pa se dogajajo redko. Ob gradnji sončne elektrarne je zaželeno, da je najprej pripravljeno močno ostrešje, če pa do požara pride, posebnega vpliva na okolje, od samih silicijevh panelov ni, ampak zaradi ostalih polimernih materialoh, ki se za izdelavo sončnih celic uporabljajo.« na vprašanje o tem, kaj se zgodi s sončno elektrarno v primeru požara, odgovori dr. Ivan Jerman, vodja Laboratorija za razvoj premazov na Kemijskem inštitutu in strokovnjak na področju razvoja komponent koriščanja obnovljivih virov energije.
Energija prihodnosti
Sončne elektrarne, eden izmed pomembnejših načinov izkoriščanja obnovljivih virov energije, temeljijo na principu direktnega pretvarjanja sončne energije v električno energijo. S kontinuiranim pretokom osnovih delcev kvantiniziranega elektromagnetnega polja v fotonapetostne module prihaja do ustvarjanja enosmerne električne energije. »Ob poletnem sončnem dnevu je gostota moči sončnega sevanja na enem kvadratnem metru približno tisoč vatov,« pove prof. dr. Marko Topič, redni profesor na Fakulteti za Elektrotehniko Univerze v Ljubljani in predsednik Evropske tehnološke in inovacijske platforme za fotovoltaiko. Izkoristek enega fotonapetostnega modula običajne velikosti je tristo petdeset vatov. »V roku petih let pričakujemo veliko povečanje proizvodnje. Do leta 2030 bo potrebno pospešeno uvajati nove sončne elektrarne in povečati delež njihove proizvedene električne energije. Pričakujemo, da bo fotovoltaika postala dominanten in konkurenčen način proizvodnje energije, tako ekološko, kot tudi ekonomsko, tudi na ostalih področjih energetike in zato se splača vlagati v raziskave in razvoj za spremembe energetskega sistema za boljši jutri,« še doda prof. dr. Topič.
»Ne gre zgolj za trajnostno proizvodnjo električne energije, temveč tudi energije v katerikoli obliki.«
Richard Swanson, ustanovitelj družbe SunPower in profesor na Standfordski univerzi, je o energetski prihodnosti sveta jasen. Fotovoltaični sistemi bodo v postali eden izmed glavnih načinov pridobivanja električne energije v naslednjih petdesetih letih. Prof. dr. Topič pove, da so prednosti pridobivanja električne energije s pomočjo fotonapetostnih modulov v direktni pretvorbi energije, ki se dogaja brez hrupa, elektromagnetnega onesnaževanja in z minimalnim vplivom na okolje. »Naši generatorji so fotonapetostni moduli z življenjsko dobo tridesetih let in več, ki za delovanje ne potrebujejo goriva, zato so posledično neodvisni od svetovnih geopolitičnih razmer.« Zagotavljanje stabilnosti proizvodnje fotonapetnostih modulov je v interesu industrije, kljub temu pa se včasih v proizvodni verigi zgodi, da zaradi lokalnih kriz ali motenj v dobavi materialov pride do nihanja. »Kot pri vseh velikih poslih je zlato pravilo, da ne igraš vse na eno karto. Z namenom zmanjševanja tveganj imajo vsi proizvajalci dodatne kanale dobaviteljev, da do večjih težav ne pride,« še doda Topič. Investicija v fotovoltaične module je zato predvidljiva, po podatkih raziskav v zadnjih desetih letih pa povpraševanje na trgu močno narašča.
Fototermika
Z rabo sončne energije, poleg pridobivanja električne energije, poteka tudi fototermika, proces pridobivanja toplote. Znanost fototermike pokriva več področij, od pridobivanja tople sanitarne vode s pomočjo ploščatih absorberjev za domačo rabo, do koncentratorskih sončnih elektrarn z namenom proizvodnje električne energije z visokimi izkoristki. Razvojna skupina pod vodstvom dr. Jermana je aktivna na vseh treh področjih razvoja, od nizko in srednje do visokotemperaturnih absorberjev, s svojim raziskovalnim delom na področju pa so ključno pripomogli k razvoju in uspešno sodelovali s podjetji, tako v tujini, kot tudi v Sloveniji. Raziskave potekajo na področju premazov, industrije, tekočin, s pomočjo katerih bi se energija prenašala iz absorberja do generatorja in materialov za shranjevanje energije. »Sončna svetloba je na voljo le deset ali dvanajst ur dnevno, elektriko pa potrebujemo štiriindvajset ur. Zato je delo na shranjevalnikih toplote v svetovnem merilu med prioritetami,« pove Jerman. Pri koncentratorskih elektrarnah gre za razvoj shranjevalnikov energije s pomočjo posebne mešanice soli, ki se topi ob visokih temperaturah in kot tekočina deluje kot shranjevalnik presežkov energije, ki jo za ogrevanje industrije uporabimo ponoči. »Potrebno bo še veliko razvoja na pripravi novih talin, ki jih bo mogoče uporabljati ob višjih temperaturah,« še doda dr. Jerman.
»Tekma, ali lahko proizvedemo iz sončne energije proizvedemo električno energijo, ki je cenovno konkurenčna termoelektrarnam.«
V sodelovanju s Heliosom so ustvarili patent in ga prodali nemškemu podjetju Alanod Solar, ki na podlagi patenta letno izdela več milijonov kvadratnih metrov pločevine s tankoplastnimi premazi z namenom priprave sanitarne tople vode. Trenutno se razvojna skupina Kemijskega inštituta ukvarja z razvojem premazov za absorberje sončne svetlobe v obliki kadi, v kateri prihaja do večje koncentracije energije in posledično toplote, ki bo namenjena ogrevanju industrijskih procesov. »Veliko energije se v industriji porabi za dodatno segrevanje reakcij in drugega. Projekt Friendship je namenjen proizvodnji industrijske toplote, katere temperatura bo po pridobivanju s sončnimi absorberji v obliki kadi še dodatno dvignjena s pomočjo toplotnih črpalk.« pove Jerman. Na področju visokotemperaturnih absorberjev pa so na Inštitutu ponosni za sodelovanje pri razvoju koncentratorskih elektrarn s centralnim stolpom v Izraelu in Ameriki. David Faiman o pomenu izraelskega projekta Ašalim zapiše, da je stolp kombinacija treh sistemov pridobivanja sončne energije, njegova edinstvena prednost pred drugimi velikimi sončnimi projekti pa je ravno raba različne solarne tehnologije na enem mestu, kar pomembno vpliva na učinkovitost in izkoristek. »Vsi želimo znižati svoj ogljčni odtis, pomembno pa je zavedanje, da elektrarne te vrste delujejo v območju sončnega pasu. To so območja z nizko količino vlage in visoko sončno obsevanostjo. Želja je, da elektrarne obratujejo več generacij, zato pri koncentratorskih elektrarnah poglavitno ne govorimo o reciklaži v pravem pomenu besede, ampak gre v tem primeru bolj za obnovitvena dela« še doda dr. Jerman.
»Prehod v družbo 5.0.«
Fotovoltaika je v minulem desetletju postala konkurenčen način pridobivanja električne energije, toplote in solarnih goriv ter je v vsakdanje življenje ljudi vedno bolj integrirana. »Integracija se dogaja skupaj z digitalizacijo, za katero je električna energija nujno potrebna. Brez električne energije, pridobljene na trajnostni način, prehod v družbo 5.0 ne bo mogoč,« je jasen prof. dr. Topič. Poleg integracije v stavbe, ki so glavni porabniki električne energije, fotovoltaična industrija razvija rešitve za integracijo v transportno industrijo, sektor, ki potrebuje močno prenovo in prehod na trajnostne vire. Dodaten močen sektor razvoja je agrovoltaika, kjer gre za dvojno rabo rodovitnih zemljišč. Prof. dr. Topič agrovoltaiko razloži kot proces, pri katerem hkrati potega gojenje rastlinskih produktov, nad njimi pa proizvodnja električne energije s pomočjo fotonapetostnih modulov, ki del sončne svetlobe prepuščajo in hkrati skrbijo, da ne prihaja do izsuševanja rodovitne zemlje, s tem zmanjšujejo potrebo po zalivanju. Pilotni projekti agrovoltaike so na večih lokacijah prisotni v Evropi, med drugim tudi v Italiji, Grčiji in Španiji. Agrovoltaika je energetsko učinkovit pristop, ki poteka brez posebnih učinkov na osnovno proizvodnjo vrtnin in kmetijskih pridelkov.
V Laboratoriju za fotovoltaiko in optoelektroniko na Fakulteti za elektrotehniko se trenutno ukvarjajo z raziskovanjem energetsko najbolj učinkovitih sončnih celic in modulov, optimizacijo njihove proizvodnje, hkrati pa se ukvarjajo s podaljševanjem življenjske dobe fotonapetostnih modulov, kjer je cilj, namesto tridesetih let, življenjska doba modulov petdeset let in več.
Kaj se zgodi ob koncu življenjske dobe elektrarne?
Reciklaža odsluženih fotonapetostnih modulov je tudi ena izmed dejavnosti raziskovalnega in razvojnega sektorja. Prvi demonstracijski projekti so pokazali možnosti recikliranja odsluženih sončnih celicah z devetdesetodstotnim deležem ponovne uporabe materialov.
Visok potencial za električno samooskrbo
Z uporabo fotovoltaičnih sistemov je potencial za električno samooskrbo posameznih uporabnikov visok, veliko pa je odvisno od geografske lege hiše. Za samooskrbo je potrebno investirati v dovolj veliko sončno elektrarno. »Likalnik ali grelec za vodo za delovanje potrebujeta okoli tisoč vatov električne energije, izkoristek enega modula pa je okoli tristo vatov. Za rabo likalnika so torej potrebni štirje fotonapetostni moduli.« pove dr. Jerman. K električni samooskrbi pripomore tudi način življenja in varčevanje z energijo, vendar pa uporabnike od popolne električne samooskrbe loči visoka cena projekta. Aktivno poteka razvoj shranjevalnikov presežka pridobljene energije, saj je od razvoja odvisna tako mobilnost, samooskrba in industrijska proizvodnja. »Sončne energije je, za globalno proizvodnjo električne energije dovolj. Vprašanje je le, ali bo dialog med velikimi akterji mogoč,« še doda dr. Jerman.
Loredana Hana Vegelj
