Alpejska fotowoltaika – czy dostarcza energię także zimą?

• Mimo dominacji hydroelektrowni w produkcji energii elektrycznej Szwajcaria zimą zmaga się z niedoborami energetycznymi, przez co musi polegać na imporcie.
• Wysokogórskie elektrownie fotowoltaiczne w Szwajcarii mogą generować aż 50% całorocznej produkcji energii elektrycznej w miesiącach zimowych.
• Roczny uzysk z 1 kWp mocy zainstalowanej PV może być w Alpach znacznie wyższy niż w Polsce. 

Dzięki swojej niekonwencjonalnej lokalizacji wysokogórskie elektrownie fotowoltaiczne w Szwajcarii generują nawet 50% całej rocznej produkcji w miesiącach zimowych. Większy udział tego typu instalacji mógłby złagodzić problem alpejskiego kraju z pokryciem zapotrzebowania na energię w czasie zimy. Dlaczego Szwajcaria co roku martwi się o prąd, kiedy nadchodzą chłodniejsze miesiące? Jak duże jest zainteresowanie elektrowniami słonecznymi w Alpach? I czy fotowoltaika rzeczywiście może być odpowiedzią na problemy energetyczne?

Miks energetyczny Szwajcarii

Szwajcaria to niewielki kraj alpejski, prawie 8 razy mniejszy od Polski. Ze względu na sprzyjające warunki geograficzne (duże przewyższenia terenu) panują tam idealne warunki do rozwoju energetyki wodnej. Nic więc dziwnego, że Szwajcarzy skorzystali z okazji i ponad połowę energii elektrycznej w kraju produkują właśnie w hydroelektrowniach. Niestety, produkcja elektryczności z tego źródła nie jest równomiernie rozłożona w czasie. Zbiorniki w hydroelektrowniach napełniają się wiosną i latem, zasilane topniejącym śniegiem z gór. Zimą nie ma wystarczającej ilości zasobów wody, żeby zaspokoić zapotrzebowanie energetyczne kraju, natomiast latem jest ich aż nadto. Do problemu przyczynia się również wyższe zapotrzebowanie energetyczne zimą, wynikające z ogrzewania budynków.

Sporą część miksu energetycznego (około jedną trzecią) stanowią w Szwajcarii elektrownie jądrowe. Pozostałą część energii zapewnia fotowoltaika, turbiny wiatrowe, biomasa, inne źródła odnawialne, a także w niewielkich ilościach gaz ziemny i inne paliwa kopalne. Niedobory energetyczne pokrywane są z importów, bez których Szwajcaria w zimie nie jest w stanie zaspokoić swoich potrzeb. Nie jest to optymalna sytuacja z punktu widzenia bezpieczeństwa energetycznego kraju, dlatego Szwajcarzy chcieliby ją zmienić. Nie jest to jednak takie łatwe. 

Zimowe słońce

Fotowoltaika nie jest intuicyjną odpowiedzią na problemy energetyczne pojawiające się zimą. W naszym klimacie elektrownie słoneczne zdecydowaną większość energii elektrycznej generują w cieplejszej połowie roku. W Szwajcarii nie jest inaczej – roczny profil produkcji z fotowoltaiki pokrywa się mniej więcej z profilem produkcji z hydroelektrowni. Pewien wyjątek mogą stanowić jednak farmy fotowoltaiczne zbudowane w wyższych częściach Alp, które podobno mają generować około 50% rocznej produkcji w miesiącach zimowych. 

Alpejska energetyka

Cztery szwajcarskie uniwersytety zebrały dane dotyczące działających, realizowanych i planowanych projektów fotowoltaicznych w Alpach. Wszystkich instalacji na różnym etapie rozwoju znalazło się w przygotowanej przez badaczy bazie aż 53. Sześć z nich jest już podpięte do sieci. Największą, o nazwie AlpinSolar, zainstalowano na powierzchni tamy na jeziorze Mutt (Muttsee). Znajduje się ona na wysokości 2469 m n.p.m. i składa się z 4872 paneli słonecznych o łącznej mocy nominalnej 2,2 MW. Średnia całoroczna produkcja energii farmy AlpinSolar to około 1500 kWh/kWp mocy zainstalowanej. To o połowę więcej niż średnia dla Polski, którą przyjmuje się jako 1000 kWh/kWp. W monitorowanej przez nas mikroinstalacji PV znajdującej się w okolicach Krakowa wynik z 2023 to 1036 kWh/kWp. 

AlpinSolar, według danych zgromadzonych przez Szwajcarskich naukowców, w ciągu roku produkuje 3,3 GWh energii elektrycznej, z czego aż 1,65 GWh (50%) zimą. Średnio w chłodniejszych miesiącach uzysk spada z 1500 kWh/kWp do 750 kWh/kWp. Wspomniana wcześniej podkrakowska instalacja w zimniejszej połowie roku 2023 (styczeń-marzec i październik-grudzień) wygenerowała zaledwie około 28% całego rocznego uzysku. 

5 pozostałych podłączonych do sieci farm PV zlokalizowanych w Alpach ma podobne parametry. Dwie z nich w półroczu zimowym produkują około 50% rocznego uzysku, kolejne dwie około 40%. Jedna elektrownia ma w tym zakresie niekompletne dane. Wszystkie z nich położone są w terenie górzystym, od 1700 do 2600 m n.p.m. W różnych stadiach planowania i rozwoju znajduje się 47 innych projektów. 

Fotowoltaika alpejska nie jest pozbawiona wad – jest trudniejsza w budowie niż klasyczne instalacje i przyczynia się do zwiększenia letniej nadwyżki energii. Może jednak również być lepszą odpowiedzią na zimowe problemy szwajcarskiej energetyki niż typowe inwestycje lokalizowane na płaskim terenie. Fotowoltaika alpejska prawdopodobnie nie będzie tak dobra jak alpejska czekolada, ale na pewno ma swoje zalety. 

Źródło: blogs.ethz.ch, EMBER, pv-magazine, alpine-pv.ch