
Energetyka słoneczna to gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego zaliczanej do odnawialnych źródeł energii.
Od początku XXI wieku rozwija się w tempie około 40% rocznie. Globalne inwestycje w energię słoneczną w 2014 wyniosły 149,6 mld dolarów. W 2015 roku łączna moc zainstalowanych ogniw słonecznych wynosiła 230 GW (wzrost o 50 GW w stosunku do 2014 roku) i zaspokajały one 1% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną.
Energia słoneczna to główne źródło energii na Ziemi, dzięki któremu rośliny zielone produkują biomasę. Energię słoneczną można wykorzystać z pomocą kolektorów słonecznych do produkcji energii cieplnej do podgrzewania wody użytkowej czy też ogrzewania domu. Energię słoneczną można też zamienić z pomocą ogniw fotowoltaicznych w energię elektryczną. Ograniczeniem energetyki słonecznej są znaczne koszty inwestycyjne, dotyczy to zwłaszcza instalacji fotowoltaicznych.
Każdy globalny problem ludzkości od zanieczyszczenia środowiska po brak dostępu do wody, czy głód, można by rozwiązać mając do dyspozycji odpowiednią ilość energii. Słońce oświetla ogromne pustkowia. Nawet stosując mało wydajne ogniwa słoneczne, niewielki kawałek pustyni rozwiązałby ziemskie problemy energetyczne.
Niestety tradycyjne przesyłanie prądu przewodami elektrycznymi na duża odległość nie ma ekonomicznego sensu. Koszty inwestycji i straty związane z przesyłem byłyby ogromne.
Dlatego naukowcy poszukują nowych rodzajów baterii o niewielkich rozmiarach które byłyby w stanie zmagazynować olbrzymią ilość energii elektrycznej Na razie mamy do dyspozycji baterie, które są ciężkie i magazynują stosunkowo mało prądu
Do górnych warstw atmosfery Ziemi dociera promieniowanie słoneczne o natężeniu napromieniowania 1366,1 W/m². Oznacza to, że całkowita moc docierająca do atmosfery wynosi około 174 petawatów.
Około 30% tej mocy jest odbijane w kosmos, a 20% pochłaniane przez atmosferę. Do powierzchni Ziemi dociera około 89 petawatów, czyli średnio 180 W/m².
Moc ta nie jest rozmieszczona równomiernie: obszar oświetlony światłem padającym prostopadle z góry może otrzymać do 1000 W/m², natomiast obszary, na których trwa noc, nie otrzymują bezpośrednio nic. Po uśrednieniu cyklu dobowego i rocznego najwięcej energii otrzymują obszary przy równiku, a najmniej obszary okołobiegunowe.
Sumaryczna energia, jaka dociera do powierzchni poziomej w ciągu całego roku, wynosi od 600 kWh/(m²*rok) w krajach skandynawskich do ponad 2500 kWh/m²/rok w centralnej Afryce[9]. W Polsce wynosi około 1100 kWh/(m²*rok).
Z 89 petawatów docierających do powierzchni, około 0,1% jest wykorzystywane przez rośliny w procesie fotosyntezy. Zmagazynowana w ten sposób energia jest źródłem zarówno żywności, jak i paliw kopalnych.
Całkowita moc wykorzystywana przez ludzi stanowi około 18 terawatów, czyli około 0,02% mocy promieniowania słonecznego. Szacuje się, że wszystkie istniejące na Ziemi złoża węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego zawierają łącznie około 430 ZJ energii, co odpowiada energii jaka dociera ze Słońca do Ziemi w ciągu 56 dni.

Cała energia promieniowania słonecznego pochłonięta przez Ziemię, również ta wykorzystana w jakikolwiek sposób przez rośliny i zwierzęta, przekształca się w ciepło, a następnie jest emitowana w postaci promieniowania podczerwonego w kosmos.
Kolory na mapie obrazują średnie miejscowe nasłonecznienie za lata 1991÷1993, przez 24 godziny na dobę, z uwzględnieniem zachmurzenia wg pomiarów satelitarnych. Obszary zaznaczone czarnymi punktami mogłyby dostarczyć teoretycznie więcej energii, niż wynosi całkowite zapotrzebowanie na energię pierwotną na świecie (przyjmując efektywność konwersji na poziomie 8%). To znaczy, że cała współcześnie zużywana przez ludzkość energia – wliczając ciepło, energię elektryczną oraz pozyskiwaną z paliw kopalnych – mogłaby zostać wytworzona w postaci prądu przez ulokowane tam ogniwa słoneczne.


Konwersja fotochemiczna
Metoda fotochemiczna to konwersja energii promieniowania słonecznego na energię chemiczną. Jak dotąd na szeroką skalę nie jest wykorzystywana w technice, ale zachodzi w organizmach żywych i nosi nazwę fotosyntezy. Wydajność energetyczna tego procesu wynosi 19–34%, w przeliczeniu na energię jaka jest gromadzona w roślinach (ok. 1%), jednak istnieją ogniwa fotoelektrochemiczne dysocjujące wodę pod wpływem światła słonecznego.
Termoliza wody
W wysokich temperaturach (ponad 2500 K) następuje termiczny rozkład pary wodnej na wodór i tlen. Otrzymanie tak wysokiej temperatury jest możliwe dzięki zastosowaniu odpowiednich zwierciadeł skupiających promienie słoneczne, zatem rozbicie wody na wodór i tlen nie stanowi problemu. Trudne jest natomiast rozdzielenie tak powstałych gazów. Przy obniżaniu temperatury następuje bowiem ich ponowne spalenie (powrót do postaci wody). Trwają prace nad efektywnymi metodami rozdzielania wodoru i tlenu w tak wysokiej temperaturze. Pod uwagę brana jest między innymi efuzja możliwa dzięki dużej różnicy mas atomów wodoru i tlenu, oraz użycie wirówek. Konieczność pracy w tak wysokiej temperaturze powoduje duże straty energii, wysokie koszty budowy urządzeń, ich szybkie zużywanie się i małą sprawność.
Wieże słoneczne
Wieża słoneczna to bardzo wysoki komin słoneczny, w którym energię ruchu powietrza przekształca się na energię elektryczną za pomocą turbiny wiatrowej połączonej z generatorem.
Skala indywidualna
Ponieważ koszty otrzymywania energii elektrycznej ze światła słonecznego były zawsze wielokrotnie wyższe niż przy wykorzystaniu innych źródeł energii, przez długi czas była ona stosowana jedynie tam, gdzie ich wykorzystanie było bardzo utrudnione lub niemożliwe. Przykładem takich zastosowań były:
- urządzenia przenośne wymagające niewielkich ilości energii, np. kalkulatory, zegarki elektroniczne
- trudno dostępne miejsca, gdzie doprowadzenie linii elektrycznej byłoby nieopłacalne, np. domy stojące pojedynczo, kamery monitorujące, fotoradary,
- pojazdy, w których wykorzystanie innych źródeł energii byłoby nieopłacalne, np. sztuczne satelity, jachty żaglowe, wozy kempingowe
Energetykę słoneczną wykorzystuje się coraz powszechniej. Związane jest to, między innymi ze spadkiem cen (200-krotnym w latach 1977-2015 – patrz „ekonomika” poniżej), z większą dostępnością technologii, programami dofinansowania instalacji tego typu urządzeń, rosnącą świadomością ekologiczną oraz wzrostem cen energii pochodzącej z tradycyjnych źródeł. Na rynku pojawiły się również nowe rozwiązania łączące tradycyjne źródła energii (np. LPG) z energią słoneczną, które umożliwiają uniezależnienie się od negatywnych warunków atmosferycznych (np. w czasie zimy).
Skala przemysłowa
Kraje o największym wykorzystaniu energii słonecznej w latach 2004-2013
Od początku XXI wieku różne państwa zaczęły wprowadzać subwencje na budowę przemysłowych instalacji słonecznych: min. Niemcy, Czechy, Francja, Grecja, Włochy, Hiszpania, Wielka Brytania, Słowacja, Serbia, Bułgaria, Chiny, Tajwan, Indie, Korea Południowa. Wywołało to gwałtowny rozwój fotowoltaiki przemysłowej. Od 2000 roku produkcja ogniw fotowoltaicznych na świecie rozwija się w tempie około 40% rocznie[1]. W 2000 roku wyprodukowano ogniwa o łącznej mocy 277 MW, w 2005 o łącznej mocy 1782 MW, a w 2010 o łącznej mocy 24 047 MW.
Poniższa tabela przedstawia sumaryczną moc ogniw fotowoltaicznych w poszczególnych krajach w MW
Region | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | Wzrost 2015/2014 | Udział |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
![]() | 140 | 300 | 800 | 3300 | 7000 | 17639 | 28199 | 43480 | 53,5% | 18,9% |
![]() | 6120 | 10566 | 17900 | 25400 | 33000 | 36300 | 38200 | 39700 | 3,5% | 17,2% |
![]() | 2144 | 2627 | 3618 | 4914 | 6632 | 13599 | 23300 | 35400 | 51,3% | 15,4% |
![]() | 1169 | 1616 | 2534 | 3910 | 7328 | 12079 | 18280 | 25600 | 39,6% | 11,1% |
![]() | 458 | 1181 | 3502 | 12803 | 16454 | 18074 | 18460 | 18900 | 1,6% | 8,2% |
![]() | 23 | 26 | 70 | 976 | 1747 | 2780 | 5228 | 9070 | 66,1% | 3,9% |
![]() | 186 | 335 | 1054 | 2974 | 4090 | 4733 | 5660 | 6557 | 15,5% | 2,8% |
![]() | 3635 | 3698 | 4110 | 4897 | 5216 | 5333 | 5358 | 5432 | 1,0% | 2,4% |
![]() | 105 | 188 | 571 | 1377 | 2407 | 3226 | 4136 | 5065 | 22,6% | 2,2% |
![]() | 71 | 101 | 161 | 481 | 1176 | 2320 | 3062 | 5062 | 65,3% | 2,2% |
![]() | 358 | 524 | 656 | 812 | 1025 | 1475 | 2384 | 3408 | 42,1% | 1,5% |
![]() | 108 | 627 | 1055 | 2057 | 2768 | 3009 | 3074 | 3251 | 3,0% | 1,4% |
![]() | 18 | 55 | 205 | 624 | 1536 | 2579 | 2595 | 2606 | 0,4% | 1,1% |
![]() | 33 | 95 | 281 | 558 | 766 | 1211 | 1900 | 2504 | 31,5% | 1,1% |
![]() | 64 | 462 | 1952 | 1959 | 2072 | 2132 | 2134 | 2150 | 0,7% | 0,9% |
![]() | 33 | 43 | 49 | 243 | 388 | 824 | 1299 | 1420 | 9,3% | 0,6% |
![]() | 57 | 68 | 99 | 150 | 363 | 737 | 1098 | 1405 | 34,1% | 0,6% |
![]() | 48 | 74 | 111 | 211 | 440 | 756 | 1076 | 1361 | 28,3% | 0,6% |
![]() | 0 | 0 | 0 | 3 | 49 | 1022 | 1293 | 1325 | 2,5% | 0,6% |
![]() | 0 | 12 | 40 | 68 | 75 | 122 | 920 | 1120 | 21,7% | 0,5% |
![]() | 1 | 7 | 35 | 141 | 1010 | 1020 | 1022 | 1036 | 1,4% | 0,4% |
![]() | 32 | 53 | 96 | 187 | 360 | 626 | 766 | 937 | 19,1% | 0,4% |
![]() | 3 | 25 | 70 | 190 | 237 | 481 | 731 | 881 | 29,4% | 0,4% |
![]() | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 368 | 848 | 110,9% | 0,4% |
![]() | 3 | 5 | 7 | 17 | 379 | 563 | 603 | 783 | 29,2% | 0,3% |
![]() | 0 | 0 | 148 | 508 | 543 | 588 | 590 | 600 | 1,7% | 0,3% |
![]() | 68 | 102 | 123 | 158 | 226 | 281 | 391 | 454 | 16,1% | 0,2% |
![]() | 22 | 25 | 31 | 37 | 55 | 112 | 176 | 282 | 57,5% | 0,1% |
![]() | 4 | 5 | 6 | 7 | 9 | 18 | 58 | 266 | 360,5% | 0,1% |
![]() | 9 | 11 | 13 | 14 | 36 | 73 | 160 | 231 | 37,5% | 0,1% |
![]() | 8 | 9 | 11 | 16 | 24 | 43 | 79 | 130 | 64,2% | 0,1% |
![]() | 4 | 5 | 7 | 8 | 9 | 10 | 14 | 19 | 34,7% | 0,0% |
![]() | 8 | 9 | 9 | 10 | 10 | 11 | 13 | 15 | 15,6% | 0,0% |
Świat | 16 063 | 24 263 | 41 330 | 71 218 | 102 076 | 140 150 | 180 396 | 230 606 | 28,1% | 100,0% |
Wzrost w roku | +73% | +51% | +70% | +72% | +43% | +37% | +29% | +28% |
Spadek cen krzemowych ogniw fotowoltaicznych w latach 1977-2015
Z raportu instytutu Fraunhofer ISE (należącego do Fraunhofer-Gesellschaft) wynika, że w 2025 roku fotowoltaika będzie najtańszym źródłem energii. Koszt energii pozyskanej z paneli słonecznych w krajach środkowej i południowej Europy będzie wynosił ok. 4-6 eurocentów/kWh, zaś ok. 2050 roku 2-4 eurocenty/kWh. Zgodnie z prawem Swansona każde podwojenie zdolności produkcyjnych przemysłu solarnego powoduje spadek ceny ogniw fotowoltaicznych o 20%. W latach 1977 – 2015 ceny ogniw spadły 200-krotnie – z 76,67 USD/wat do poziomu 0,36 USD/wat, powodując dynamiczny rozwój tego sektora przemysłu.
Dynamiczny wzrost zainstalowanej mocy spowodował szybki spadek cen ogniw fotowoltaicznych. W styczniu 2002 roku średnia cena ogniw wynosiła około 5,5 USD/wat, w styczniu 2012 roku wynosiła 2,3 USD/wat, w marcu 2015 roku 0,28-0,36$/wat.
W ekonomice energetyki słonecznej ważny jest aspekt zapewniania maksymalnej wielkości wyprodukowanej energii w najwyższych letnich „pikach” jej zużycia, związanych z masowym wykorzystaniem klimatyzacji, gdy energia w systemie energetycznym jest najdroższa. W ten sposób energia słoneczna zapobiega tzw. letnim „blackoutom”.
W 2012 roku, mimo ograniczenia finansowego wsparcia dla sektora solarnego, w Niemczech zainstalowano rekordową moc ogniw słonecznych – 7600 MW, dając całkowitą moc 32 000 MW dla tego źródła odnawialnego. W Unii Europejskiej instalacje solarne w Hiszpanii, południowych Włoszech, Holandii i w Niemczech osiągają już parytet sieci czyli stają się konkurencyjne wobec energetyki konwencjonalnej. W kolejnych latach, ze względu na spadek cen energii odnawialnej, parytet sieci będzie obejmował kolejne kraje UE.
Szał na instalacje solarne i panele fotowoltaiczne zmalał, ale branża fotowoltaiczna ma się całkiem dobrze, a osoba zainteresowana budową dom energooszczędnego nadal może liczyć na finansowe wsparcie.
Zalecenia Unii Europejskiej odnośnie Odnawialnych Źródeł Energii
Zgodnie z zaleceniami Unii Europejskiej w 2020 roku udział produkcji energii z odnawialnych źródeł w pełnym bilansie energetycznym Polski powinien wynieść 15%, gdzie średnia unijna dla innych krajów członkowskich wynosi 20%.
Żeby zachęcić do korzystania z energii ondawialnej, rząd we współpracy z samorządami prowadzi wiele kampanii na rzecz tzw. zielonej energii”. Co jakiś czas otwierają się również możliwości uczestnictwa w programach, pozwalających uzyskać dofinansowanie inwestycji w OZE. W wielu przypadkach chodzi nawet o połowe kosztów związanych z zakupem i montażem określonych produktów. Część takich programów prowadzą we własnym zakresie województwa, ale włączają się również banki i NFOŚiGW.
Kredyt na niski procent w Banku Ochrony Środowiska
Jednym ze sposobów na sfinansowanie inwestycji w odnawialne źródła energii, w tym we wciąż drogą fotowoltaikę, jest uzyskanie nisko oprocentowanego kredytu współfinansowanego np. przez Bank Ochrony Środowiska i wojewódzki fundusz.
Raty kredytu spłacane są zyskami z instalacji fotowoltaicznej. Kredyty na elektrownie słoneczne rozdzielane są przez poszczególne województwa. Niezależnie, poszczególne oddziały Funduszy prowadzą swoje programy, w ramach których można otrzymać dofinansowanie – głównie w formie nisko oprocentowanej pożyczki lub, choć rzadziej, dotacji – do określonego udziału procentowego wszystkich kosztów kwalifikowanych instalacji PV. W niektórych przypadkach istnieje także możliwość umorzenia części pożyczki.
Zobacz więcej szczegółowych informacji: Banku Ochrony Środowiska
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska
Z końcem zeszłego roku Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej uruchomił nabór wniosków dla przedsiębiorców w konkursie na unijne dofinansowanie na projekty zakładające produkcję i dystrybucję energii cieplnej z wykorzystaniem OZE. Unijne dofinansowanie będzie można przeznaczyć na budowę nowych lub przebudowę istniejących jednostek wytwarzania energii cieplnej wykorzystujących biomasę (o mocy powyżej 5 MWt), energię promieniowania słonecznego (powyżej 2 MWt) lub energię geotermalną (powyżej 2 MWt). Elementem projektu może być także przyłącze do sieci ciepłowniczej należące do wnioskodawcy, będącego jednocześnie wytwórcą energii. Maksymalny poziom dofinansowania jednego projektu wynosi 85 procent wszystkich kosztów kwalifikowanych, ale łączna wartość dofinansowania dla przedsiębiorcy na konkretny projekt nie może przekraczać 15 mln euro. Nabór wniosków trwa i zakończy się 1 marca tego roku
w przygotowaniu:
sztuczna fotosynteza