Czy budowa dróg z paneli fotowoltaicznych ma sens?

Od prawie dziesięciu lat na świecie pojawiają się pomysły budowania dróg z paneli fotowoltaicznych. Jednymi z pierwszych byli Amerykanie z Solar „Freakin” Roadways, którzy siedem lat temu zebrali na Indiegogo prawie 2,3 mln dolarów. Chwilę potem pomysł zakiełkował w Europie, a nawet w Chinach czy Indiach. Projektowaniem takich rozwiązań zajęła się nawet Colas, jedna z największych na świecie firm zajmujących się budową dróg.

Skoro tak, to musi być w tym sporo sensu? Rząd USA oraz kilku krajów europejskich przecież nie mogą się mylić i wydawać pieniędzy na projekty, które nie mają ekonomicznego uzasadnienia. Weźmy na tapet pomysł wspomnianej wyżej firmy Colas. Taki gigant na pewno to policzył i wie, że to się opłaca.

Czy wiedzieliście, że… tylko jedna sekunda promieniowania słonecznego (energia otrzymana – energia odbita – energia absorbowana przez oceany) to jeden rok konsumpcji elektrycznej całej planety?

Czy słyszeliście, że do 2050 wstępne szacunki mówią o planowanych 25 milionach kilometrów dróg do wybudowania? Byliście świadomi, że do 2050 potrzeby energetyczne na świecie wzrosną co najmniej dwukrotnie?

Uświadomiwszy sobie to, naukowcy z COLAS rozpoczęli pracę nad koncepcją drogi solarnej.

COLAS, jako pierwszy na świecie wynalazł i opatentował fotowoltaiczną nawierzchnię drogową. WATTWAY – stworzony we Francji powstał dzięki połączeniu doświadczenia konstrukcyjnego COLAS oraz wiedzy na temat energii solarnej INES (Francuski Narodowy Instytut Energii Solarnej). WATTWAY to produkt dostarczający czystej, odnawialnej energii w formie elektryczności, będąc jednocześnie nawierzchnią sprawdzoną do wszystkich zakresów ruchu ulicznego. Jeden kilometr nawierzchni Wattway może wyprodukować energię potrzebną do zasilania oświetlenia ulicznego w 5.000 mieście!

Tekst pochodzi z polskiej strony firmy Colas

I jak? Podoba Wam się pomysł? Brzmi znakomicie? Nie pozostaje więc nic innego, jak budować wszystkie nowe drogi w tej technologii, a potem położyć taką nawierzchnię na starych. Przecież tyle miejsca marnuje się bez celu! Wszystko firmuje Francuski Narodowy Instytut Energii Solarnej, więc inwestycja na pewno jest opłacalna. No i pomyślcie o tych megawatach prądu, jakie wyprodukują te drogi!

Pora zdjąć różowe okulary i spojrzeć chłodnym okiem na prąd z paneli fotowoltaicznych

Nie będę się zagłębiał w technologię, ale o kilku rzeczach trzeba wspomnieć. Przy okazji rozłożymy na czynniki pierwotny, amerykański projekt Solar „Freakin” Roadways. To oni byli pionierami, więc na pewno zdążyli dopracować pomysł. Uzyskali też ogromne pieniądze z kampanii crowdfundingowej oraz dotacje od rządów stanowych i krajowych.

Aby uzyskać jak najlepszą efektywność produkcji prądu, panel fotowoltaiczny powinien być ustawiony pod odpowiednim kątem w kierunku słońca. Gdy umieszczony będzie na płaskiej powierzchni, wydajność spada o 20-30%. Dlaczego więc Amerykanie już na samym początku godzą się z tak dużą stratą, tylko oni raczą wiedzieć. Pomysł jednak chwycił, bo panele od Solar Roadways wyglądają jak produkt wprost ze Star Treka. Mają migające diody LED, które w założeniu zastępują znaki poziome, no i zimą będą podgrzewać nawierzchnię, topiąc śnieg.

Zajmijmy się najpierw najprostszą sprawą, czyli znakami poziomymi. Każdy, kto kiedykolwiek spotkał się z oświetleniem LED wie, że w pełnym świetle słonecznym i pod niewielkim kątem (a tak właśnie kierowca patrzy na drogę) nie widać nic. Po prostu światło emitowane przez diody jest za słabe. Pomysł więc znakomity, ale realizacja w rzeczywistym świecie jest niemożliwa. Na dodatek pochłania 25% wyprodukowanej energii. Drugi z elementów amerykańskiej technologii, czyli podgrzewanie śniegu, obalają prawa termodynamiki. Ilość energii potrzebna do zamiany śniegu w wodę o temperaturze 0ºC jest tak duża, że zimą nie ma szans, aby powstała ona ze słońca. Pomijam już to, że większość drogi będzie pokryta śniegiem, więc jakim sposobem powstanie prawie 2 MW, potrzebne na ogrzanie kilometra takiej drogi?

Co ciekawe, Solar Roadways proponuje też, aby ich panelami wykładać powierzchnię parkingów! Jak chwilę nad tym pomyśleć, to prąd musi być produkowany w nocy, bo w dzień na parkingach stoją samochody i zasłonią światło słoneczne. Biorąc powyższe pod uwagę, nie jestem w stanie zrozumieć, jakim sposobem jakikolwiek rząd zgodził się na współfinansowanie tego przedsięwzięcia.

Europejskie i chińskie pomysły nie są wiele lepsze

W 2016 r. Francja ogłosiła swój śmiały plan budowy 1000 km dróg z paneli fotowoltaicznych. Całość miałaby generować aż 790 kWh energii dziennie! Władze zaczęły jednak od krótszego odcinka testowego o długości 1 km. Całość z wykorzystaniem technologii Wattway. Zdziwieniom projektantów i sponsorów nie było jednak końca, gdy przyszło do podsumowania testu. Według Global Construction Review „2800 metrów kwadratowych paneli słonecznych uległo degradacji, oderwały się od podłoża lub rozszczepiły, a 100 m bieżących usunięto po stwierdzeniu, że są zbyt uszkodzone, aby można je było naprawić”.

Po podliczeniu okazało się też, że droga generowała średnio 409 kWh energii dziennie. To mniej więcej połowa oczekiwanej sprawności. Doliczając koszt wymiany zniszczonych przez samochody paneli, całość projektu okazała się zupełnie nieopłacalna finansowo. Eksperyment kosztował 5,2 mln euro z kieszeni francuskich podatników.

Chińska droga miała iść jeszcze dalej, bo wierzchnią warstwę paneli fotowoltaicznych wykonano z „przezroczystego betonu”. Prawie 2 km drogi już po kilku dniach zaczęły się rozpadać i to w takim tempie, że władze początkowo podejrzewały kradzież części paneli. Ostateczne wyniki testów nie zostały nigdy ujawnione, ale nie sądzę, aby były wiele lepsze od francuskich.

Warto jeszcze wspomnieć o holenderskim eksperymencie, który zakładał budowanie dróg dla rowerów z paneli fotowoltaicznych. Solaroad już w drugim roku wymagała wymiany wierzchniej warstwy na całych 72 m istniejącej instalacji. Jeśli zaś chodzi o sprawność, to owszem, wyszło trochę lepiej niż Francuzom, ale dalej to tylko połowa tego, co produkują panele położone ukośnie na dachu.

Dlaczego to nie działa?

O pierwszym powodzie wspomniałem na samym początku. Instalacja traci do 30% sprawności tylko dlatego, że panele leżą płasko na ziemi. Druga rzecz to bardzo trudne warunki pracy. Praktycznie każdy samochód, który wjedzie na taką nawierzchnię, nanosi ze sobą piach i drobne kamienie. Warstwa, która w zwykłej jezdni odpowiedzialna jest za przyczepność, tu musi być przezroczysta, aby ogniwa mogły pracować. Niestety nie powstał jeszcze materiał spełniający oba te kryteria i na tyle wytrzymały, aby po pewnym czasie nie zamienił się w drobny pył. Zalegający na drodze brud, liście z drzew i naturalne zużycie wierzchniej warstwy sprawiają, że wydajność spada jeszcze bardziej. Do tego wszystkiego należy doliczyć kilkukrotnie wyższy koszt produkcji takich paneli. Wszystkie te elementy sprawiają, że całe przedsięwzięcie już na samym początku staje się po prostu nieopłacalne.

Nie wszyscy jednak dają się złapać na lep ładnych słów ludzi, którym takie dziwne pomysły przychodzą do głowy. Polska GDDKiA oraz jej holenderski odpowiednik Rijkswaterstaat, planują instalacje fotowoltaiczne wzdłuż autostrad. Jest wiele problemów, które trzeba rozwiązać również przy takim podejściu, jak choćby takie rozmieszczenie paneli, aby refleksy nie oślepiały kierowców, ale to drobiazgi. Ważne, że po tych instalacjach nikt nie będzie jeździł samochodami i ciężarówkami!

Jeśli interesuje Was temat fotowoltaiki, zapraszamy do posłuchania naszego podcastu: