Artykuły

Wstęp

Obecne ceny paliw na światowym rynku oraz rosnąca ilość zanieczyszczeń wymuszają na krajach całego świata poszukiwania nowych, efektywnych a zarazem ekologicznych rozwiązań do pozyskiwania energii. Coraz więcej krajów postanawia inwestować większe kwoty pieniędzy w energetykę odnawialną. Energia z wiatru, wody i słońca staje się realną alternatywą dla tradycyjnych źródeł. Wśród najszybciej rozwijających się gałęzi OZE jest fotowoltaika. Przyczyniły się do tego poprawa sprawności modułów fotowoltaicznych oraz optymalizacja procesów produkcyjnych poprzez zmniejszenie rozmiarów ogniw oraz całkowite grubości paneli.  Według rocznych raportów Instytutu Energetyki Odnawialnej rynek instalacji fotowoltaicznych stale rośnie, na koniec 2021 r. moc zainstalowana w Unii Europejskiej w fotowoltaice wyniosła 158 GW. W Polsce największe przyrosty mocy osiągane są od 2019 r. (rys. 1). W tych latach polskiej energetyce udawało się osiągać gigawatowe przyrosty w okresie nawet dwóch miesięcy, aby obecnie osiągnąć sumaryczną moc PV zainstalowanej na poziomie 7,7 GWp, co daje piąte miejsce w ilości produkowanej energii z instalacji PV w Europie.

Obecnie przed rynkiem energetycznym stoi ogromne wyzwanie, aby sprostać stale rosnącemu zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Niezbędne będzie również przeprowadzenie kosztownych inwestycji infrastrukturalnych oraz wprowadzenia zmian w postaci odejścia od zcentralizowanej produkcji energii w celu poprawy bezpieczeństwa energetycznego kraju
[1, 4, 7].

Pojęcie energetyki rozproszonej

W centralizowanym systemie energetycznym popularnym w XX wieku energia elektryczna pochodziła z centralnych elektrowni i dostarczana była do odbiorców kolejno za pomocą linii przesyłowych wysokiego napięcia, linii średniego oraz niskiego napięcia. W ostatnim czasie zaczęto wprowadzać wiele zmian, które przyczyniły się do powstania systemów rozproszonych. Często odnawialne źródła energii łączy się z pojęciem energetyka rozproszona. Niewątpliwie produkcja energii z wiatru, słońca czy wody jest zaliczana do generacji rozproszonej, ale należy pamiętać, że nie jest to pojęcie zarezerwowane wyłącznie dla źródeł odnawialnych, bowiem o wytwarzaniu rozproszonym możemy mówić również w przypadku wytwarzania energii z paliw konwencjonalnych. Należy jednak podkreślić, że do przeobrażania energetyki centralnej w rozproszoną przyczyniła się rosnąca popularność instalacji odnawialnych źródeł energii. Zmiana ta umożliwiła wykorzystanie lokalnych potencjałów energetycznych i zasobów lokalnych społeczności. Ideowy schemat zdecentralizowanego systemu dystrybucji energii przedstawia rysunek 2, gdzie A - odbiorcy indywidualni, B - odbiorcy przemysłowi, C - akumulacja energii, D - zdecentralizowana generacja energii elektrycznej, E - elektrownie i elektrociepłownie systemowe, F - sterujące systemy informatyczne, G - rynek energii, H - sieci elektroenergetyczne.

Ważnymi aspektami w generacji rozproszonej jest jej elastyczność oraz rola w obronności państwa, bowiem w systemie zdecentralizowanym istnieje mniejsze ryzyko jednoczesnego przerwania w dostawie prądu w przypadku awarii lub ewentualnego ataku. Ponadto rozbudowa generacji rozproszonej przyczynia się do rozwoju lokalnych społeczności między innymi przez tworzenie się nowych miejsc prac czy zwiększenie roli samorządów. Do kolejnych zalet takiego rodzaju systemu zalicza się ograniczenie strat mocy czynnej i biernej na przesył i dystrybucje, poprzez lokalizacje źródła energii blisko odbiorcy, a także zmniejszenie ilości szkodliwych substancji generowanych przez systemy energetyczne z uwagi na dużą ilość energii produkowanej z odnawialnych źródeł energii. Z przedstawionych korzyści wynika, że obecny rozwój energetyki rozproszonej wpłynie zarówno na usprawnienie funkcjonowania technicznego oraz rozwój społeczny regionów Polski, co konsekwencji przyczyni się również na polepszenie standardu życia obywateli. W świetle obecnych światowych problemówz jakimi zmaga się cały świat generacja rozproszona wpłynie również na kluczową obecnie niezależność energetycznej kraju [2, 3, 5, 8]. 

Rynek fotowoltaiki w Polsce

W obecnym czasie ogromną popularnością cieszą się badania oraz prace wdrożeniowe związane z pozyskiwaniem oraz przetwarzaniem promieni słonecznych na energie elektryczną.

Na rynku z roku na rok pojawiają się nowe, charakteryzujące się większą sprawnością moduły fotowoltaiczne. W ostatnich latach miejsce miał ogromny postęp technologiczny na rynku PV. Od dostępnych na rynku ogniw BSF o sprawności 18% w 2012 roku dotarliśmy do 2022 roku i ogniw PERC charakteryzujących się sprawnością na poziomie 24%. Badania przeprowadzone przez IEO wskazują, że w roku 2012 na polskim rynku PV dominowały polikrystaliczne moduły, natomiast obecnie to monokrystaliczne moduły przejęły krajowy rynek instalacji fotowoltaicznych [1, 4, 7].

W Polsce od połowy 2019 roku obserwuje się bardzo dynamiczny rozwój prosumenckich instalacji fotowoltaicznych o mocy do 50 kW (mikroinstalacje). W okresie od początku 2019 roku do sierpnia 2022 moc przyłączonych mikroinstalacji przez OSD wzrosła prawie dwudziestopięciokrotnie (rys. 3).

Według dostępnych danych w końcówce sierpnia bieżącego roku łączna moc wszystkich mikroinstalacji przyłączonych do sieci dystrybucyjnej OSD osiągnęła ponad 8,7 GW. Obecnie utrzymywana jest stała tendencja wzrostowa przyłączanych do sieci przydomowych instalacji PV oraz mocy dostarczanej do systemu elektroenergetycznego. Do osiągnięcia takich wyników w znacznej mierze przyczynił się Program Mój Prąd, który jest realizowany z przerwami w zmienianej formie od września 2019 r. W większości przypadkach osoby posiadające mikroinstalacje magazynują w sieci nadwyżki wyprodukowanej przez nich energii elektrycznej. Sieć pełni tutaj role magazynu energii, gdzie prywatna osoba dostarczające energie może odebrać do 80% oddanej energii w przypadku posiadanej instalacji do 10 kW lub 70% w momencie posiadania instalacji powyżej 10 kW. Taki system „wymiany” energią elektryczną wprowadzono w Polsce w 2016 roku, zgodnie z umową prosumenci nabywają swoje prawa na 15 lat od momentu przyłączenia swojej instalacji do sieci elektroenergetycznej. W kwietniu bieżącego roku wprowadzono zmiany w systemie rozliczania mikroinstalacji. Wprowadzony został system net-billing, w którym nie ma możliwości długotrwałego magazynowania energii w sieci. W nowym systemie nadmiar wyprodukowanej przez osobę prywatną energii jest sprzedany do sieci po cenach zbliżonych do cen hurtowych. Biorąc pod uwagę obecne zmiany na rynku przydomowych instalacji przewiduje się, że nastąpi przyhamowanie przyrostu mocy w tym segmencie na poczet wzrostu instalacji PV dla biznesu oraz wielohektarowych farm fotowoltaicznych. Powstaną nowe inwestycje zorientowane na umożliwienie pokrycia własnego zapotrzebowania energetycznego przez firmy (prosument biznesowy) jak i farmy produkujące energie, która w ramach wygranej aukcji OZE będzie dostarczana do sieci. Na lata 2022-2024 przewiduje się znaczący przyrost mocy z tego segmentu. Prognozy opracowane przez specjalistów OZE zakłada, że w 2025 roku Polska osiągnie 20 GW w fotowoltaice, a w 2030 przekroczy 28 GW (rys. 4). Należy, jednak zauważyć, że w rozwoju elektrowni fotowoltaicznych główną barierą od strony technicznej jest ograniczona dostępność mocy przyłączeniowej i stan infrastruktury sieciowej. Aby utrzymać tak dynamiczny rozwój PV, nieuniknione jest przeprowadzenie inwestycji w infrastrukturę sieci elektroenergetycznej oraz powstanie regulacji prawnych ułatwiających przyłączenie do sieci [7, 11, 12].

Aby móc mówić o rozwoju rozproszonych systemów energii konieczne jest wprowadzenie w instalacjach fotowoltaicznych magazynów energii. W większości przypadków to właśnie magazyn energii jest najistotniejszym elementem, który pozwala na powstanie mikrosieci czy lokalnego obszaru bilansowania. W przypadku takich instalacji ich efektywność zależna jest nie tylko od doboru elementów systemu i samych magazynów, ale przede wszystkim od odpowiednio dobranych metod sterowania. W lokalnych systemach energetycznych bardzo ważne są systemy zarządzanie energią (EMS – Energy Management System), które odpowiadają za monitoring i sterowanie zasobami energetycznymi, czyli za ładownie i rozładowanie magazynów energii. Dodatkowo systemy te pozwalają na regulacje sterowalnych obciążeń, a także ograniczenie mocy OZE w momencie wystąpienia jej nadwyżki [2, 3, 13].

Podsumowanie

Podsumowując, posiadane przez Polskę zasoby energii pochodzenia naturalnego w tym energia pozyskiwana ze Słońca dają realne szanse na rozwój energetyki rozproszonej oraz znaczące ograniczenie używania do produkcji energii paliw kopalnych. Polska posiada potencjał do uelastycznia systemu zaopatrzenia energetycznego kraju. Zdecydowanie inwestycja czy to w wielohektarowe farmy czy przydomowe elektrownie OZE przyczynia się zarówno do tworzenia stabilnego, a zarazem proekologicznego źródła energii. W rozwoju fotowoltaiki na poziomie lokalnym za główne ograniczenie podaje się regulacje prawne, które odpowiadają za wymuszenie dystrybucji energii poprzez publiczną sieć energetyczną. Tworzenie lokalnych, oddzielnych sieci dystrybucji przyczyniłoby się do większego dopasowania między lokalnymi wytwórcami energii z odbiorcami. Lokalne sieci dystrybucji
o dużej mocy przesyłowej stałyby się również znaczącym wsparciem dla rozwoju elektromobilności. Istotne jest włączenie do sieci lokalnego magazynowania energii. Głównym wyzwaniem w rozwoju generacji rozproszonej jest właściwe zarządzanie takimi lokalnymi sieciami, w celu zapewnienia odpowiedniej jakości i ciągłości dostaw energii.