Energetyka odnawialna – kolektory i panele

   Kolektory słoneczne sprawiają, że inaczej dziś patrzymy na Słońce. Położenie geograficzne naszego kraju zapewnia około 1400-1900 godzin słonecznych rocznie, co oznacza możliwość uzyskania kilku tysięcy kWh bezpłatnej energii. Ilość energii, którą uzyskujemy z instalacji solarnej, zależy jednak od kilku czynników - tych samych dla systemów zbudowanych w oparciu o kolektory słoneczne, jak i panele fotowoltaiczne. Niestety, rozłożenie tej wartości jest nierównomierne, gdyż najwięcej promieni słonecznych dociera do powierzchni wiosną i latem.  

   Szacuje się, że średnia ilość energii słonecznej docierającej na obszar kraju równa jest ok. 990 kWh/m²/rok.

   Tabela: Dzienna ilość energii promieniowania słonecznego padającego na 1 m² płaszczyzny o nachyleniu 45° (dane dla Warszawy).

   Kolektory słoneczne dostarczają nam ciepło przekształcając promieniowanie słoneczne (odnawialne źródło energii). Słońce ogrzewa umieszczony w kolektorze absorber, który pochłania to promieniowanie i zamienia w ciepło. Skuteczność pochłaniania zależy od rodzaju absorbera. Zwykły, czarny absorber dużą część promieniowania odbija. Skuteczniejszy jest tzw. absorber selektywny, który pochłania 95% padającego na niego promieniowania. Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy (może to być woda lub płyn niezamarzający), przepływający przez kolektor. Ogrzany płyn przepływa do zasobnika i tam oddaje ciepło ogrzewanej wodzie użytkowej, znajdującej się w zasobniku, po czym ochłodzony wpływa z powrotem do kolektora. Ciepło pochodzące z kolektorów słonecznych wykorzystywane jest w celu ogrzania wody użytkowej w domach czy gospodarstwach rolnych.

                                                         Optymalne ustawienie kolektora

   Energooszczędność kolektorów związana jest z uzyskaniem możliwie wysokiej sprawności ich pracy. Przede wszystkim zależy od ustawienia względem stron świata - największą wydajność mają urządzenia zwrócone w kierunku południowym. Kolektor płaski może być odchylony o maksimum 15° w kierunku wschodnim lub zachodnim, bo wtedy jego sprawność obniża się nieznacznie. Jeśli odchylenie jest większe, kolektor musi mieć większą powierzchnię niż przy ustawieniu w kierunku południowym.

   W sytuacji, gdy dom ma niekorzystne położenie względem stron świata, warto zastosować kolektory rurowe, w których można indywidualnie dopasować kierunek ustawienia absorbera. Mogą one mieć większe dopuszczalne odchylenie od południa niż kolektory płaskie – kąt nachylenia absorbera regulujemy w każdej rurze indywidualnie.

   Dla wydajności kolektora duże znaczenie ma również kąt ustawienia kolektora. Optymalne jest skierowanie kolektorów i paneli na południe. Dopuszczalne jest jednak dość znaczne odchylenie na wschód lub zachód, które można skompensować przez zwiększenie powierzchni. Przy odchyleniu o 50° na zachód powierzchnię trzeba zwiększyć o 10%, zaś przy odchyleniu 50° na wschód korekta powinna wynosić 20%.

   Najlepsze efekty uzyskamy, gdy promienie będą padać prostopadle do jego powierzchni. Ponieważ położenie Słońca zmienia się w ciągu roku, także optymalny kąt nachylenia kolektora nie jest stały: w lecie wynosi 30°, a zimą – 60°. Zmiana nachylenia kolektora zamontowanego na połaci dachu nie jest możliwa, ale między 35° a 50° sprawność kolektora spada w bardzo niewielkim stopniu.   

   Umieszczanie tych urządzeń od północy albo w miejscach stale zacienionych nie ma sensu. W praktyce to istotny problem, bo kolektory i panele najczęściej instaluje się na dachach, których ustawienie może być dalekie od optymalnego i wynikać z tak zasadniczych warunków, jak kształt działki, bryła budynku, orientacja wjazdu. Dodatkowym czynnikiem ograniczającym są lukarny i okna dachowe.

                                                        Konfiguracja instalacji

   Wielkość kolektorów powinna być taka, żeby uzyskać z niego średnio 85–95% ciepłej wody użytkowej w półroczu letnim. Źle skonfigurowana instalacja nie będzie działała dobrze, nawet jeśli jej elementy składowe będą najwyższej jakości. Ideowy schemat układów solarnych jest prosty, ale ich dobre skonfigurowanie w praktyce - już nie. Mało kto zdaje sobie sprawę, jak bardzo komplikuje sytuację np. ulokowanie kolektorów lub paneli na odmiennie zorientowanych połaciach dachu. Gdy jedne są w słońcu i instalacja powinna zacząć pracować, pozostała część jest w cieniu. W przypadku kolektorów, należy w takiej sytuacji zastosować odrębne pompy obiegowe ze sterownikami. Z kolei panele winny mieć osobne falowniki (inwertery).

   Można przyjąć, że czteroosobowa rodzina potrzebuje kolektora:

• płaskiego o powierzchni 1–1,5 m² na 1 osobę, czyli 4–6 m² albo
• rurowego o powierzchni 0,6–0,8 m² na 1 osobę, czyli 2,4–3,2 m².

   Z punktu widzenia klienta urządzenie jest niedrogie, a jego instalacja stosunkowo łatwa do wykonania. W zamian użytkownicy  obniżają rachunki za ogrzewanie. Należy pamiętać, że im więcej zużywamy wody w domu, tym zakup kolektora bardziej się opłaca. Oblicza się, że koszt zamontowania kolektorów zwraca się po około 3-5 latach użytkowania.  

   Firmy, które sprzedają i instalują kolektory słoneczne proponują wykorzystywanie ich nie tylko do podgrzewania c.w.u., ale także wody na cele c.o. Jest to możliwe jedynie w instalacjach niskotemperaturowych (zwłaszcza ogrzewania podłogowego), których czynnik grzewczy może mieć temperaturę około 40°C. Jednak potrzebne są wtedy kolektory o znacznie większej powierzchni i bardziej skomplikowanej instalacji niż w przypadku przygotowania ciepłej wody. Jest to rozwiązanie godne polecenia, ale tylko dla osób, które stać na taki wydatek.

                                                Panele fotowoltaiczne - zasada działania

   Panele fotowoltaiczne (PV) produkują energię elektryczną. Ze względu na wysoką cenę, ich wykorzystanie w instalacjach dostarczających przynajmniej kilka kW mocy (np. na potrzeby domu jednorodzinnego) jest wciąż rzadkie. Jednak samo używanie pojedynczych ogniw lub ich baterii - zwanych panelami fotowoltaicznymi (solarnymi, słonecznymi) - nie jest wcale nowością. Stosuje się je np. w kalkulatorach i do zasilania ulicznej sygnalizacji świetlnej. Panele fotowoltaiczne z wyglądu są bardzo podobne do kolektorów płaskich. Ogniwo słoneczne jest elementem półprzewodnikowym, tworzącym złącze typu p-n. Pod wpływem padającego nań promieniowania słonecznego (fotonów) powstaje siła elektromotoryczna, bo elektrony przemieszczają się do obszaru n, zaś tzw. dziury do obszaru p. Wynikiem tego ruchu ładunków jest powstanie różnicy potencjałów, czyli prądu elektrycznego.

                                                        Jakie są koszty i jakie dopłaty?  

   Przeznaczona dla 4 osób instalacja z 2-3 kolektorami słonecznym i zasobnikiem wody o pojemności 300 litrów, to wraz z niezbędnym osprzętem i montażem wydatek 10 000-15 000 zł. Ponadto można liczyć na rozmaite formy dofinansowania na poziomie gmin. Niestety w roku 2014  zakończyło się działanie dość popularnego programu dopłat do kredytów na kolektory słoneczne z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

   Małe instalacje fotowoltaiczne są znacznie droższe. To wydatek na poziomie 7000- 8000 zł/kW, czyli za 4 kW mocy zainstalowanej zapłacimy około 30 000 zł. Właśnie wysoka cena jest główną przeszkodą w upowszechnieniu się technologii PV.

   Jednym z najpopularniejszych medialnych tematów wiosną 2015 r. były parlamentarne spory o ustawę o odnawialnych źródłach energii (OZE). Przede wszystkim taryfy gwarantowane. Zgodnie z ustawą, prąd wytworzony w zainstalowanej mikro instalacji do 5 kW mocy firmy energetyczne mają obowiązek odkupić, płacąc za niego 0,75 zł/kWh i to przez 15 lat. A tymczasem aktualna cena zakupu prądu z sieci wynosi 0,60 zł/kWh. Najwięksi optymiści ogłosili w związku z tym, że opłaci się nawet wziąć kredyt na budowę takiej instalacji, bo spłacimy go z pieniędzy uzyskanych ze sprzedaży prądu do sieci. Niestety, przyglądając się bliżej ustawie, znajdziemy zapis, że nowe ceny energii może ustanowić minister infrastruktury w drodze rozporządzenia. I nie ma tam zastrzeżenia, że może to zrobić dopiero 15 lat po wejściu w życie ustawy (czyli w 2031 r.).

                                                            Podsumowanie

   Korzyści wyboru cieczowych kolektorów słonecznych wydają się oczywiste, jeśli zależy nam przede wszystkim na przygotowaniu c.w.u. Od wiosny do jesieni kolektory zapewniają pokrycie większości zapotrzebowania. Latem niemal w pełni, w pozostałych porach roku - częściowo. Jednak nawet w chłodniejszym sezonie, gdy kolektory podgrzeją wodę w zasobniku do np. 20°C, nie można powiedzieć, że są bezużyteczne. Kocioł dogrzewając ją następnie do 40-50°C i tak zużyje mniej paliwa. To argument dla tych, którzy chcą przede wszystkim obniżyć koszty przygotowania c.w.u., bo np. korzystają z drogich nośników ciepła (prąd, olej opałowy, LPG).

   Kiedy warto polecić wybór paneli fotowoltaicznych? Ich niezaprzeczalną zaletą jest uniwersalność. Uzyskujemy prąd, czyli czystą energię, którą da się spożytkować w dowolny sposób. Od oświetlenia, przez zasilanie różnych domowych urządzeń, po ogrzewanie, czy wreszcie przygotowanie ciepłej wody. Pod względem montażowym też są pod wieloma względami wygodniejsze. Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby panele znalazły się w sporej odległości od domu, np. na dachu budynku gospodarczego lub ustawione na ziemi. Jeśli tylko zastosujemy przewód o odpowiednio dużym przekroju, straty energii na przesyle będą niewielkie. O instalacji z kolektorami nie da się tego powiedzieć.

   Podstawowym problemem jest wciąż wysoka cena. W chwili obecnej rosnące ceny węgla, gazu
i energii elektrycznej powodują, że koszty energii wykorzystywanej do ogrzewania domów stają się coraz wyższe. Dlatego warto zastanowić się nad alternatywnymi źródłami pozyskania energii. Jednak uwzględniając preferencyjne kredyty i taryfy gwarantowane inwestycja wymaga starannego rachunku ekonomicznego.

Jacek Tyszka

Oddział Ostrołęka

Źródło: http://www.budujemydom.pl    

Przyg. A.D.