Fotowoltaika coraz śmielej wkracza do przestrzeni miejskiej. Już nie tylko dachy budynków czy wolne działki, ale także miejsca dotąd kojarzone wyłącznie z transportem mogą stać się źródłem czystej energii. Dr Tomasz Witko z Katedry Technologii i Ekologii Produktów Uniwersytetu Ekonomicznego w Krakowie przeanalizował możliwość instalacji paneli PV na torowiskach i przystankach tramwajowych w Nowej Hucie. W rozmowie z nami opowiada o inspiracjach, metodach badania nasłonecznienia, kosztach, barierach technicznych i administracyjnych oraz o tym, jak takie rozwiązania mogłyby wpisać się w miejską infrastrukturę.
Skąd zrodziła się idea wykorzystania torowisk i przystanków tramwajowych jako lokalizacji dla instalacji fotowoltaicznych? Czy był jakiś konkretny impuls lub inspiracja
Idea wynika z potrzeby efektywnego wykorzystania ciasnej, miejskiej przestrzeni i poszukiwania źródeł rozproszonej energii blisko punktów poboru (przystanki, systemy informacji pasażerskiej, zasilanie oświetlenia). Impulsem była kombinacja: (a) ograniczona dostępność dachów i gruntów w przestrzeni miejskiej, (b) rosnące zainteresowanie i coraz częstszy (na świecie) montaż paneli w powierzchniach użytkowych (BIPV / integrowane rozwiązania) oraz (c) chęć zastąpienia (częściowo) energii pobieranej z sieci przez energię lokalnie wytworzoną przy przystankach. To podejście traktowane jest jako rozszerzenie miejskich rozwiązań PV. Nowa Huta ze względu na urbanistykę cechująca się szerokimi, nie zacienionymi ulicami i rozwiniętą siecią torowisk.
W analizie wskazał Pan cztery węzły komunikacyjne – Plac Centralny, Rondo Czyżyńskie, Rondo Kocmyrzowskie i Kombinat. Jak dokładnie przebiegało badanie nasłonecznienia tych miejsc? Jakie kryteria były kluczowe (np. zacienienie, nachylenie powierzchni, odległość od źródła zasilania)?
Badanie i analiza nasłonecznienia przebiegały wieloetapowo i obejmowały zarówno analizę GIS, jak i wykorzystanie modeli 3D otoczenia, uwzględniających budynki oraz zieleń, a także symulacje nasłonecznienia godzinowego dla wybranego roku w oparciu o lokalne dane irradiancji. Przy wyborze miejsc instalacji kluczowe znaczenie miały takie kryteria, jak możliwie najwyższe nasłonecznienie godzinowe i roczne pozwalające na maksymalizację produkcji energii, minimalne zacienienie od otaczających budynków i drzew w godzinach największej produktywności, dostęp do infrastruktury zasilania i skrzynek przyłączeniowych zapewniający niewielką odległość od punktów przyłączenia, a także łatwość serwisu oraz bezpieczeństwo eksploatacji tramwajów, co oznaczało konieczność zachowania dostępu dla obsługi i unikania kolizji z ruchem. W praktyce, dzięki wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania, stworzyłem cyfrowe modele poszczególnych lokalizacji, porównałem ich profile nasłonecznienia i wybrałem rozwiązania montażowe najlepiej odpowiadające specyfice każdego z analizowanych miejsc.
Jakie są największe techniczne przeszkody przy instalacji paneli monokrystalicznych w bezpośredniej bliskości torów tramwajowych? Czy są np. kwestie dotyczące trwałości, bezpieczeństwa, utrzymania czystości paneli, wpływu drgań torowiska itd.?
Główne techniczne wyzwania związane z instalacją paneli w bezpośredniej bliskości torowisk dotyczą kilku kluczowych aspektów. Po pierwsze, konieczne jest zapewnienie odpowiedniej mechaniki i trwałości konstrukcji, tak aby panele były odporne na obciążenia mechaniczne, uderzenia odprysków kamieni czy miejscowe naciski, co wymaga zastosowania wzmocnionej obudowy i ram. Kolejnym wyzwaniem są drgania generowane przez przejeżdżające tramwaje, które mogą wpływać na połączenia elektryczne i stabilność montażu, dlatego niezbędne jest zastosowanie elementów tłumiących wibracje oraz elastycznych mocowań. Istotne pozostaje także bezpieczeństwo elektryczne — panele muszą być odpowiednio zabezpieczone przed dostępem osób niepowołanych, zwarciami i niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi, a cała instalacja powinna spełniać rygorystyczne normy obowiązujące w infrastrukturze kolejowej i tramwajowej. Ważnym problemem jest również utrzymanie czystości, ponieważ pył, liście czy brud znacząco obniżają sprawność systemu, co wymaga łatwego dostępu serwisowego lub zastosowania rozwiązań samoczyszczących. Panele muszą być także odporne na warunki atmosferyczne i specyfikę zabudowy — w pasie torów narażone są na odpryski, błoto pośniegowe czy sól stosowaną zimą, dlatego należy stosować materiały odporne na korozję. Ostatecznie, instalacja nie może zakłócać prawidłowej eksploatacji infrastruktury tramwajowej, w tym geometrii toru, systemu odprowadzania wód opadowych ani bezpieczeństwa hamowania tramwajów.
W Pana analizie szacuje Pan koszt inwestycji na ~350 tys. euro i czas zwrotu 4-14 lat. Co według Pana najbardziej wpływa na długość tego okresu — ceny energii, koszty konserwacji, ceny materiałów, subsydia, regulacje miejskie.
Na długość okresu zwrotu inwestycji najsilniejszy wpływ mają przede wszystkim cena energii, ponieważ wyższe stawki oraz korzystne taryfy skracają znacznie czas potrzebny do odzyskania nakładów. Istotne znaczenie mają również koszty instalacji i materiałów — wahania cen modułów oraz konstrukcji bezpośrednio kształtują wartość CAPEX, a ich wzrost wydłuża okres zwrotu. Należy także uwzględnić koszty konserwacji i wymiany elementów, takich jak inwertery czy naprawy mechaniczne, które obciążają OPEX i mogą wpływać na długoterminową opłacalność. Kluczową rolę odgrywają również dotacje i subsydia, w tym granty unijne czy programy NCBiR, które poprzez obniżenie kosztów inwestycyjnych znacząco przyspieszają zwrot. Nie bez znaczenia pozostają także regulacje i warunki rozliczeń energii, ponieważ przyjęty mechanizm bezpośrednio kształtuje poziom przychodów. Analiza zawarta w pracy pokazuje różne scenariusze wrażliwości, które jasno ilustrują wpływ poszczególnych czynników na ekonomię projektu.
Czy analizował Pan warianty rozszerzenia projektu na większą część sieci tramwajowej w Krakowie lub innych miast w Polsce? Jakie byłyby skale korzyści i przeszkody przy takich wariantach?
Tak — w artykule rozważam warianty skalowania projektu. Główne przeszkody jakie widzę przy skalowaniu to zróżnicowane warunki nasłonecznienia w całym mieście (np Stare Miasto, Kazimierz z wąskimi zacienionymi ulicami), logistyczne trudności montażu w ruchu tramwajowym oraz konieczność znaczących inwestycji początkowych i ujednolicenia procedur konserwacyjnych. Moim zdaniem największy sens ma stopniowa ekspansja — pilotaż → kilka węzłów → dalszy stopniowy rozwój technologii.
Czy przewidział Pan zastosowanie magazynów energii (baterii) albo systemów sterowania zużyciem, by maksymalizować wykorzystanie wyprodukowanej energii? Jakie są ograniczenia sieci energetycznej lub infrastruktury miejskiej w tym zakresie?
W swojej analizie nie uwzględniałem magazynów energii, jednak jest to naturlany kierunek rozwoju technologii choć przy układzie rozproszonym znacznie podnosi zarówno CAPEX jak i OPEX.
Proszę rozwinąć, jak udało się oszacować zmniejszenie emisji CO₂ (~275 ton rocznie). Czy są brane pod uwagę emisje pośrednie (produkcja paneli, utrzymanie, degradacja)?
Redukcja ~275 tCO₂/rok została oszacowana na podstawie: przewidywanej rocznej produkcji energii PV (kWh/rok) z modelu nasłonecznienia, oraz zastosowanej wartości emisyjności polskiego miksu energetycznego (kg CO₂/kWh) użytej do konwersji zaoszczędzonej energii na ton CO₂. W analizie zastosowano uproszczone uwzględnienie emisji związanych z produkcją modułów i komponentów, transportem i konserwacją — lecz główny wskaźnik redukcji odnosi się do unikniętej emisji wynikającej z nioższego poboru energii z sieci. Pełna analiza LCA (lifecycle assessment z uwzględnieniem faz końca życia produktu (demontaż, recykling) jest zdecydowanie pożądany jako kolejny krok analizy.
Jakie potrzebne są zmiany w przepisach, regulacjach miejskich lub planowaniu (urbanistyka, transport, prawo budowlane), by projekty takie jak Pana mogły być łatwiej wdrażane? Czy są źródła finansowania lub granty, które mogą być tu kluczowe?
Niezbędne jest rozwinięcie i uproszczenie istniejącego prawa oraz regulacji. Miasto powinno wprowadzić jasne wytyczne dotyczące BIPV i instalacji fotowoltaicznych w przestrzeniach komunikacyjnych, zapewniając ich zgodność z prawem budowlanym oraz normami kolejowymi. Ważnym elementem jest także uproszczenie procedur przyłączeniowych i standardów bezpieczeństwa dla instalacji zlokalizowanych w pasach drogowo-tramwajowych. Konieczne jest ponadto doprecyzowanie zasad dotyczących konserwacji i odpowiedzialności za utrzymanie systemu, w tym jasne określenie podziału obowiązków pomiędzy operatorem trakcji a miastem. Kluczowym krokiem pozostaje również integracja planów energetycznych z planowaniem transportu, tak aby instalacje PV były traktowane jako integralny element infrastruktury miejskiej.
Jakie są największe ryzyka, które mogą opóźnić lub uniemożliwić realizację projektu? (np. konserwacja, wandalizm, koszty utrzymania, warunki pogodowe, administracyjne pozwolenia).
Największymi zagrożeniami, które mogą opóźnić lub nawet zablokować realizację projektu, są przede wszystkim problemy administracyjne związane z uzyskaniem niezbędnych pozwoleń i zgód od operatora tramwajowego, zarządców dróg czy służb konserwacyjnych. Ważnym wyzwaniem są także koszty utrzymania oraz nieprzewidziane naprawy, takie jak uszkodzenia mechaniczne czy konieczność wymiany elementów instalacji. Dodatkowe ryzyko stanowi wandalizm i kwestie bezpieczeństwa publicznego, które wymagają zastosowania odpowiednich zabezpieczeń i systemów monitoringu. Nie bez znaczenia pozostają również warunki pogodowe i sezonowość produkcji — zimą uzyski energii są niższe, a do tego dochodzą zwiększone koszty związane z odśnieżaniem i usuwaniem zanieczyszczeń. Trudności mogą sprawiać także kwestie techniczne, zwłaszcza montaż prowadzony w ruchu tramwajowym, który wymaga starannej logistyki, aby nie zakłócać komunikacji. Wreszcie, na ekonomię całego przedsięwzięcia wpływają zmienne ceny energii oraz zmiany w przepisach i systemach rozliczeń. Autor podkreśla, że najlepszym sposobem na ograniczenie tych ryzyk jest rozpoczęcie od projektu pilotażowego, prowadzonego pod ścisłym nadzorem i z jasno określonymi zasadami współpracy z wykonawcami odpowiedzialnymi za utrzymanie i serwisowanie instalacji.
W Pana ocenie — ilu lat potrzeba (minimum/realistycznie), by taka instalacja została uruchomiona w Nowej Hucie? Które instytucje powinny być zaangażowane? Czy widzi Pan możliwość przeznaczenia części budżetu miejskiego lub partnerstwa publiczno-prywatnego?
Uruchomienie instalacji fotowoltaicznej w Nowej Hucie mogłoby zająć w optymistycznym scenariuszu od 12 do 18 miesięcy, licząc od momentu podjęcia decyzji do uruchomienia pilotażu. Ten czas obejmuje przygotowanie projektu, uzyskanie pozwoleń, przeprowadzenie zamówień i sam montaż, pod warunkiem sprawnego przebiegu procedur i silnego wsparcia ze strony miasta. Bardziej realistyczny horyzont czasowy to jednak 24–36 miesięcy (standarodwy czas przędsięwzięć B+R), ponieważ w praktyce konieczne jest przejście przez standardowe procedury przetargowe, wykonanie testów bezpieczeństwa oraz pełna integracja systemu z infrastrukturą tramwajową. Do powodzenia przedsięwzięcia niezbędne jest zaangażowanie kilku kluczowych podmiotów: Urzędu Miasta Krakowa, który odpowiada za planowanie, budżet i pozwolenia, Zarządu Transportu Publicznego i operatora tramwajów, dbających o bezpieczeństwo i eksploatację, a także operatora sieci energetycznej w zakresie przyłączeń. Ważną rolę odgrywają też odpowiednie wydziały miejskie zajmujące się urbanistyką i gospodarką komunalną, potencjalni inwestorzy prywatni lub firmy energetyczne, a także uczelnie i jednostki badawcze, które mogłyby zapewnić monitoring i analizy środowiskowe. Finansowanie takiej inwestycji mogłoby pochodzić częściowo z budżetu miasta, jednak najbardziej realnym rozwiązaniem jest partnerstwo publiczno-prywatne, w którym miasto udostępnia lokalizację i zapewnia wsparcie administracyjne, a partner prywatny wnosi środki na budowę i utrzymanie systemu. Artykuł podkreśla, że szczególnie korzystnym rozwiązaniem byłoby nawiązanie współpracy miasta z uczelniami i środowiskiem naukowym. Dzięki temu możliwe byłoby pozyskanie dodatkowych środków z programów krajowych i funduszy unijnych, co mogłoby znacząco przyspieszyć cały proces i skrócić czas potrzebny do uruchomienia instalacji.
