Július 23,  Kedd
header-pic

Határokon Átívelő Szellemi Táplálék
Adomány

Mani kövek


Spectator: A megújulás korlátai (3)

Ez a felület kizárólag önkéntes olvasói támogatásokból működik. Nem politikusok, háttérhatalmak és gazdasági érdekcsoportok tulajdona, kizárólag az olvasóké.

Kiszámítható működésünket körülbelül havi 3,000,000 forint biztosítja. Ebben a hónapban összegyűlt 2,307,932 forint, még hiányzik 692,068 forint.
A Szalonnát ITT támogathatod, a Szalonnázó extra cikkeire ITT tudsz előfizetni.

Köszönjük, hogy fontos számodra a munkánk.

A napenergia felhasználása egyike a legkézenfekvőbb forrásnak a megújulók között, mégis viszonylag lassan vált szélesebb körűvé a kiaknázása, aminek több oka is van.

2018-ban a világon előállított elektromos energiának mindössze 5,7 %-a származott elektromos áramot termelő napelem-létesítményekből. Időben is jelentősen később történt a fotovoltaikus források (elektromosságot termelő műszaki megoldások) belépése és fejlődése az energiatermelésbe. A napelemekkel termelt  elektromos energia mennyisége csak 2005-ben érte el azt a szintet, amit a szélenergia felhasználásával állítottak elő már 1990-ben. A viszonylag lassú felfutást a technológiai fejlődés során ugyan csökkenő, ám mégis költséges telepítés, és magának a napenergiának a sajátosságaiból eredő természetes korlátok együttesen okozták.

A napenergia felhasználása, annak gyakorlati alkalmazása sokrétű, mert a napsugárzás folyamatos és kimeríthetetlen. A napsugárzás elektromosság előállítására (fotovoltaikus rendszer), vagy fűtés biztosítására (termális rendszer) megfelelő rendszerekkel egyaránt alkalmas. A kettő kombinálható is szigetszerű (magánház), vagy kisközösségi alkalmazás estén. Amennyiben lehetőség van regionális villamossági hálózathoz hozzáférésre, úgy a termelt többlet betáplálása, eladása csökkenti az üzemeltető rezsiköltségét (bár a megtérülés így is nagyon hosszú lehet). A napelemek (szolár panelek) telepítésén túlmenően ezek az áramtermelő rendszerek átalakító egységet (inverter) és még ma is módfelett drága, korlátozott kapacitású tárolóegységeket (akkumulátor) igényelnek, emiatt a napelemes rendszer jelentős befektetést jelent. Kétségtelen ugyanakkor, hogy a 20 – 25 éves élettartamra tervezett panelek karbantartási költsége alacsony, mert mozgó elemeket, kopó alkatrészt nem tartalmaznak. (Az átalakító inverter egységet azonban a folyamatos működés miatt 5-10 évenként rendszerint szükséges cserélni.)

A napenergia felhasználásának azonban több ismert korlátja is van. A korlátok egy része technológiai természetű, ezért a kutatás-fejlesztés eredményeként várhatóan ezek egyre csökkenő mértékben játszanak szerepet. A felhasználás körének és kiterjesztésének azonban a természeti környezettel és adottságokkal összefüggő határai is vannak. (Itt most a napenergia elektromos áram termelésében betöltött szerepére és ezzel kapcsolatos tényezőkre összpontosítunk mindössze.)

A napfény „híg”, szórt energia, ami miatt eleve nagyméretű gyűjtőrendszerekre van szükség ennek az energiának villamossággá alakításához. A nagyméretű rendszerek pedig nagyobb mennyiségű, és részben más anyagokat is igényelnek, mint a fosszilis forrásokat hasznosító erőművek, ami előrevetíti az elhasználódott hulladékanyagok tömeges újrafelhasználásának és ártalmatlanításának jövőben felmerülő szükségességét.

A fotovoltaikus áramtermelés műszaki alapegysége a napelem (panel). Ennek három fő műszaki megoldása terjedt el, amelyek a kivitelben és az átalakítás hatékonyságában különböznek egymástól.  Az egy-kristályos cellák tökéletes tisztaságú kvarcból állnak, energiahatékonyságuk pedig elérheti a 22 %-ot. A polikristályos cellákat tömbökből kivágott vékony kvarclemezek alkotják, az előzőhöz mérten kevésbé energiahatékonyak (13 – 19 %), viszont előállításuk lényegesen olcsóbb és jól viselik a szélsőségesen forró környezetet, ezért jelenleg ez a legelterjedtebben alkalmazott típus. Új és részben még fejlesztés alatt álló technológiát képviselnek a vékony-réteg panelek; ezekben a fotovoltaikus anyagokat (szilícium, kadmium tellurid vagy réz-indium-gallium-szelenid) üveg felületre hordják fel. A kisebb energiahatékonyság (9 %) ellenére ez a típus szélsőséges körülmények között és akár csak közvetett  besugárzás esetén is megbízhatóan működik. A műszaki megoldások folyamatos innováció eredményei és tapasztalatok szerint bizonyosra vehető, hogy az energiaátalakítás hatékonysága növekedni fog, miközben az előállítási ár csökken.

A termodinamika második törvénye szerint a napelemek soha nem lehetnek azonban 100 % hatékonyságúak; a legnagyobb elméleti hatékonyság is csak 55 %, még tükrös és napjárást követő, motorizált rendszer alkalmazása esetén is. A jelenleg leghatékonyabban működő napelem-farmokon gyakorlatilag az átalakítás hatásfoka legfeljebb 20 – 22 %.

A napsugárzás energiájának sajátossága miatt a jelenlegi (és várhatóan a közeljövőbeli napenergia technológiák) hatalmas létesítési területet igényelnek; 20 MW energia előállításához jelenleg 1 km² területre van szükség, ami egyidejűleg semmi másra nem használható. (Az erőművek helyhatékonyságának nagy mértékű különbözőségbe belátható; egy 2,5 km² területen elhelyezkedő atomerőmű 1000 MW energiát termel. A teljesség kedvéért megjegyzendő azonban, hogy valamennyi fosszilis erőforrásból előállított energia helyhatékonysági mutatója – jellegéből fakadóan – nagyságrenddel jobb, mint a megújulók bármelyike esetében.

A napenergia csak nappal áll rendelkezésre és bár nem napfényes (felhős, esős) időjárás estén is gyűjtenek a panelek, azonban a rendszer hatékonysága ekkor drámaian lecsökken. Az adott terület földrajzi elhelyezkedése miatt a napfény mennyisége is eltérő; az egyenlítőtől távolodva csökken a napenergia hatékonysága. A felszíni környezet szintén befolyásolja a besugárzás intenzitását, pl. a Mojave sivatagban a sugárzás intenzitása éppen duplája a kontinens észak-nyugati régiójában tapasztaltnak. A  felhős, gyakran esős klimatikus körülmények ugyancsak csökkentik a földfelszínre jutó napsugárzás intenzitását. További intenzitást módosító tényező még az évszak is; nyáron ugyanazon földrajzi helyen több a sugárzás mennyisége, mint télen.

A napenergiával termelt energia árát tetemesen növeli, hogy a napközben termelt villamosság egy részét  – elsősorban hálózathoz nem kapcsolt létesítmény esetében – tárolni szükséges az éjszakai fogyasztás biztosítása, vagy nem várt kedvezőtlen besugárzási körülmények kiegyensúlyozása érdekében.  A Tesla által kifejlesztett Powerwall akkumulátor ára például 7000 $  és egy nagyobb házban több ilyenre is szükség van.

Tekintetbe kell venni a napsugárzásból történő energiatermelés kapcsán még, hogy a panelek jelentős mennyiségű, különösen mérgező anyagot (kadmium, gallium arzenidet, stb.) tartalmaznak, amelyek ártalmatlanítása és újrahasznosítása csak helyenként kötelező (Egyesült Államok). Azonban ahol a panelek több, mint felét gyártják (Távol-Kelet) jórészt ellenőrizetlenül kerülnek ki akár gyártás, akár szétbontás után a környezetbe.  Egyelőre ez még nem jelent súlyos problémát, mert a kiépített rendszerek túlnyomóan nagyobb része még életciklusának közepén van, azonban a probléma megoldására idejében fel kell készülni.

A fotovoltaikus eszközöknek az életciklusukra kiterjesztett üvegházhatású gáz-kibocsátása 25 – 75 (átlagosan 48) gCO2-ekvivalens/kWh, ami messze kevesebb, mint a fosszilis energiahordozókhoz kapcsolódó kibocsátás. Ez a jövőt illetően nagyon kedvező úgy az energiatermelés, mint a környezet védelmét illetően.

Számos körülmény van tehát, amelyeket érdemes a napenergia felhasználásával kapcsolatosan tudni és tekintetbe venni a túlzott várakozásokat megelőzendő. A lassúnak tűnő felhasználás mellett is 2018-ban összesen 96 GW teljesítényű, napsugárzással működő létesítményt helyeztek üzembe a világon, ezzel az ilyen módon történő áramtermelő kapacitásnövekedés kis híján elérte az 500 GW-ot. Az éves globális növekedés csaknem felét (44 GW) – nem is meglepő módon – Kína adta. A napenergia beruházások azonban világszerte lényegében stagnáltak 2018-ban, mégis az iparágból származó energia termelése 29 %-os növekedést mutat (ami önmagában 30 millió tonna olajegyenértéknek felel meg). Ez egyértelműen a technológia fejlődésével és a hatékonyság növekedésével hozható összefüggésbe.

Tavaly a megújulókból történt energiatermelés a világ villamosenergia termelésének kevesebb, mint egynegyedét képviselte. Nagyon sok befektetésre és fejlesztésre lesz szükség ahhoz, hogy a klímaváltozás hatásainak csökkentése érdekében 2050-re a megújulók az elektromos áramtermelés 70 – 85 %-át adják. Remélhetően a napenergia kihasználása sokkal jelentősebb mértékű lesz és nagyobb ütemben fejlődik, mint az a jelenlegi időszakban tapasztalható.

2019. 08. 05.

A Szalonna egy teljes mértékben civil, független véleményportál. Nem kérünk és nem fogadunk el támogatást senkitől, csak az olvasóinktól. Ha olvasni szeretnél, nem ugrik az arcodba egyetlen reklám sem. Ez csakis úgy lehetséges, ha te fizetsz a munkánkért. Kizárólag ezekből a támogatásokból működik a Szalonna, hónapról hónapra. Ha kiürül a becsületkassza, elfogy a Szalonna. Ne úgy fogd fel, mintha koldusnak adnál, hanem úgy, mintha az újságosnál fizetnél rendszeresen a kedvenc magazinodért.