bisonenergy.pl / aktualności / Energia słońca

Energia słońca

14:37 23 Wrzesień, 2014
Tomasz

Słońce jest największym nieograniczonym źródłem czystej energii. Aby uświadomić sobie potencjał jakim dysponujemy wystarczy proste porównanie: szacuje się, że energia ze Słońca docierająca do Ziemi w ciągu 1 minuty mogłaby zaspokoić roczne zapotrzebowanie na energię całej planety. Wszystkie istniejące na Ziemi złoża węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego i uranu zawierają łącznie około 430 ZJ, co odpowiada energii jaka dociera ze Słońca do Ziemi w ciągu 56 dni.

 

Postęp technologiczny pozwala obecnie na wykorzystanie energii pochodzącej z promieni słonecznych nie tylko w krajach o wysokim nasłonecznieniu – jak Hiszpania czy Portugalia, ale także w Niemczech, Czechach i Polsce. Należy bowiem zauważyć, iż obecnie dostępne urządzenia wykorzystują nie tylko promieniowanie bezpośrednie, ale również rozproszone i odbite. A zakres pracy urządzeń obejmuje zarówno promieniowanie widzialne dla ludzkiego oka, jak i promieniowanie podczerwone.

Gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą wynosi ok. 1000 kWh/m2/rok. Wartość ta jest stała dla danej szerokości geograficznej. Oznacza to, iż Polska posiada bardzo podobne warunki do rozwoju energetyki słonecznej, jak Niemcy – będące światowym liderem w tej dziedzinie.

 

Sposoby wykorzystania

 

Wśród licznych metod wykorzystania energii słonecznej możemy wyróżnić dwie obecnie najważniejsze i najlepiej rozwinięte technologie:

Ogniwa fotowoltaiczne – to elementy, w których następuje bezpośrednia konwersja energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Ogniwa fotowoltaiczne tworzą moduły (panele), a z nich budujemy systemy fotowoltaiczne, zwane również elektrowniami słonecznymi. Systemy fotowoltaiczne mogą działać niezależnie (być autonomiczne), bądź zostać zintegrowane z siecią dystrybucyjną (być podłączone do istniejącej sieci energetycznej w Państwa budynku).

Kolektory słoneczne – to urządzenia, w których następuje konwersja energii promieniowania słonecznego w energię cieplną. Technologia ta jest wykorzystywana do przygotowania ciepłej wody użytkowej, wspomagania centralnego ogrzewania, przygotowania ciepłej wody technicznej, bądź podgrzewu wody w basenach.

 

Systemy fotowoltaiczne

 

Podstawowym elementem każdego systemu fotowoltaicznego są panele PV – zwane również modułami. Teoretyczna moc instalacji zależy od ilości zastosowanych paneli. Domowe elektrownie słoneczne posiadają zwykle moc do 10kW i można je zainstalować na dachu budynku mieszkalnego, bądź gospodarczego.

Przykład: Wymiary pojedynczego panelu fotowoltaicznego o mocy 250W to ok. 100x160cm. Instalacja o mocy 5kW (5000W) składać się będzie z 20 paneli o łącznej powierzchni 32m2.

 

Istotnym parametrem charakteryzującym poszczególne panele fotowoltaiczne jest ich sprawność. Przy obecnie dostępnej i powszechnej technologii tylko część promieniowania docierającego do modułu zostaje wykorzystana i przetworzona na energię elektryczną. W zależności od zastosowanej metody produkcji sprawność dostępnych paneli fotowoltaicznych waha się od kilku do dwudziestu kilku procent.

Kolejnym ważnym elementem systemu fotowoltaicznego jest inwerter (falownik), posiada on kilka podstawowych funkcji, które są niezbędne do poprawnej pracy całej instalacji. Należy bowiem pamiętać, iż panele fotowoltaiczne generują prąd o napięciu stałym (DC), a sieć elektryczna w naszych domach dysponuje prądem przemiennym (AC). W sytuacji, gdy nasza instalacja jest podłączona do sieci dystrybucyjnej, a my zamierzamy korzystać z elektrowni słonecznej w celu zaspokojenia własnych potrzeb – inwerter zamieni prąd stały na przemienny o napięciu i częstotliwości zgodnej z naszą siecią elektroenergetyczną (230V i 50Hz). Dzięki temu nasz prąd zostanie wykorzystany w naszym domu lub firmie, a nadwyżki produkcyjne zostaną sprzedane do sieci dystrybucyjnej.

 

W sytuacji, gdy nasza instalacja pracuje w układzie autonomicznym (wyspowym) i nie jest podłączona do sieci – a prąd pochodzący z paneli fotowoltaicznych gromadzony jest w bateriach akumulatorowych, nie musimy stosować inwertera. W takiej instalacji wymagany jest jedynie regulator ładowania, który będzie odpowiadał za prawidłową pracę naszych baterii.

 

W skład instalacji fotowoltaicznej wchodzi również system zabezpieczeń, specjalistyczne okablowanie, które jest odporne na warunki atmosferyczne oraz promieniowanie ultrafioletowe (UV) oraz indywidualnie dobrany system montażowy.

 

Typy instalacji fotowoltaicznych

 

Systemy fotowoltaiczne produkujące energię elektryczną można podzielić wg kilku kryteriów. Podstawowym aspektem podczas projektowania instalacji jest ustalenie, czy będzie ona przyłączona do sieci dystrybucyjnej, czy też będzie pracowała niezależnie.

 

– Systemy podłączone do sieci dystrybucyjnej (on-grid)

Instalacja typu on-grid to system zintegrowany z lokalną siecią energetyczną. Energia pochodząca z paneli fotowoltaicznych jest wykorzystywana do zasilania urządzeń w Państwa domu lub firmie, a jej nadwyżki są sprzedawane do sieci dystrybucyjnej. Ideę tego typu instalacji opisuje pojęcie prosumenta. Prosument to podmiot (także osoba fizyczna), który produkuje energię i zużywa ją głównie na własne potrzeby, a jej nadmiar sprzedaje do sieci. W myśl obowiązujących przepisów istnieje szereg udogodnień dla wszystkich, którzy chcą zostać prosumentami i wytwarzać energię elektryczną w mikroinstalacjach. Należy w tym miejscu podkreślić, iż zgodnie z założeniami ustawodawcy sprzedaż energii nie może stanowić głównego źródła dochodu prosumenta.

Zdecydowana większość instalacji fotowoltaicznych na świecie to systemy podłączone do sieci dystrybucyjnej. Instalacje tego typu są tańsze – nie wymagają zakupu akumulatorów.

– Systemy autonomiczne (off-grid), nazywane również systemami wyspowymi

Instalacja typu off-grid to system działający niezależnie od sieci energetycznej. Systemy tego typu stosuje się głównie w obiektach, do których poprowadzenie przyłącza elektroenergetycznego jest ekonomicznie nieopłacalne – schroniska turystyczne, oświetlenie i sygnalizacje drogowe, oświetlenie i zasilanie reklam, domki letniskowe, instalacje działające okresowo – fontanny, przepompownie, systemy nawadniania pól i szklarni, napowietrzanie stawów, suszarnie, itp. Instalacje wyspowe wymagają jednak dodatkowego elementu, jakim jest magazyn energii. Baterie akumulatorowe pozwalają na zapewnienie ciągłości zasilania w sytuacji, gdy brak jest dostatecznej ilości promieniowania słonecznego.

 

Energia elektryczna wyprodukowana w panelach jest magazynowana, następnie może bezpośrednio zasilać urządzenia prądu stałego lub prądu przemiennego podłączone poprzez inwerter.

 

Zastosowanie instalacji typu off-grid nie oznacza, że budynek nie może być podłączony do sieci energetycznej. Instalacje wyspowe mogą funkcjonować także w obiektach zasilanych z sieci dystrybucyjnej, jednak energia produkowana przez panele fotowoltaiczne nie będzie oddawana do sieci, lecz gromadzona w akumulatorach i wykorzystywana wyłącznie na potrzeby własne budynku.

– Systemy mieszane

Systemy mieszane to instalacje typu on-grid, które zostały wyposażone w magazyn energii. Takie rozwiązania pozwalają na dużą niezależność od energii elektrycznej pobieranej z sieci dystrybucyjnej, przy zachowaniu bezpieczeństwa dostaw i komfortu użytkownika. Własny magazyn pozwala na akumulowanie energii wyprodukowanej w instalacji fotowoltaicznej i wykorzystywanie jej w przypadku braku zasilania z zewnątrz. Atutem takiego systemu jest maksymalizacja zysków pochodzących z instalacji solarnej – zmagazynowana energia może być wykorzystywana w nocy lub w pochmurne dni, co ogranicza zużycie prądu pobieranego z sieci.

System magazynowania optymalizuje dobowe zużycie energii w budynku. Instalacja tego typu jest droższa od standardowych systemów on-grid, ale korzyści płynące z takiego rozwiązania zwracają się w trakcie długoletniej eksploatacji.

 

Kolektory słoneczne

 

Kolektory słoneczne są jednym z najpowszechniejszych sposobów wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Zestawy solarne to systemy służące do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Ciepło pochodzące z kolektorów może być wykorzystywane do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, wspomagania centralnego ogrzewania, przygotowania ciepłej wody technicznej, bądź podgrzewu wody w basenach.

Zasada działania kolektorów słonecznych jest następująca: kolektor absorbuje promieniowanie słoneczne i zamienia pozyskaną energię na ciepło. Nośnikiem ciepła jest niezamarzający roztwór glikolu krążący w instalacji. Obieg czynnika odbywa się przy pomocy pompy w zespole sterowniczo-pompowym. Nośnik zabierający ciepło z kolektorów przenosi je do wężownicy umieszczonej w zasobniku, nagrzewając tym samym wodę w podgrzewaczu.

Kolektory słoneczne montowane są zazwyczaj na południowej połaci dachu budynku. Wynika to z uwarunkowań geograficznych – podczas projektowania instalacji wybiera się miejsce, które jest wystawione na największe oddziaływanie promieni słonecznych (niejednokrotnie jest to również ściana o ekspozycji południowej). Należy przy tym pamiętać, iż kolektory słoneczne pracują również w dni pochmurne absorbując tzw. promieniowanie rozproszone.

Do najważniejszych elementów instalacji solarnej możemy zaliczyć:

  • kolektory słoneczne,

  • zespół pompowy,

  • regulator systemu solarnego,

  • zbiornik,

  • płyn solarny.

Średnie szacowane korzyści z instalacji solarnej dostosowanej do przygotowanie ciepłej wody użytkowej w gospodarstwie domowym wynoszą około 60% w skali roku.

Typy kolektorów słonecznych

 

Zdecydowana większość produktów dostępnych na rynku kolektorów słonecznych jest zaliczana do dwóch podstawowych grup: kolektorów płaskich oraz kolektorów próżniowo-rurowych. Obie technologie posiadają swoich zwolenników oraz szereg argumentów o wyższości jednych nad drugimi. Wybór odpowiedniego rozwiązania zależy przede wszystkim od tego, jakie są potrzeby danego projektu oraz jakie zadanie będzie musiał spełniać zastosowany kolektor.

 

Kolektory płaskie

Konstrukcja kolektorów płaskich wywodzi się ze stosowanych w krajach południowych prymitywnych ogrzewaczy wody, składających się z pomalowanej na czarno wężownicy, którą umieszczano wewnątrz drewnianej skrzyni. Współczesne kolektory płaskie zbudowane są z izolowanej cieplnie obudowy pokrytej szkłem o wysokiej wytrzymałości. Wewnątrz obudowy umieszczona jest płyta absorbująca wraz ze specjalną warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Do płyty przymocowane są przewody wewnątrz których przepływa czynnik grzewczy (płyn solarny) odbierający ciepło. Typy kolektorów płaskich różnią się zastosowanymi materiałami, powłokami oraz rodzajem wężownic i izolacji. Wszystkie powyższe czynniki wpływają na wydajność, jakość oraz cenę poszczególnych modeli.

 

Kolektory próżniowo-rurowe

Kolektory próżniowo-rurowe składają się ze specjalnie wykonanych szklanych rur – pojedynczych lub podwójnych. Wewnątrz rur występuje wysokie podciśnienie, co pozwala na ograniczenie strat ciepła. Rury są podłączone do górnej części kolektora. Kolektory próżniowe dzielimy na dwa podstawowe typy: z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego oraz z rurką ciepła (tzw. heat pipe).

 

Obecnie najczęściej spotykaną technologią kolektorów próżniowych są tzw. heat pipe – czynnikiem grzewczym jest ciecz o niskiej temperaturze wrzenia. Promieniowanie słoneczne nagrzewa rury kolektora, a znajdujący się wewnątrz nich płyn zaczyna parować, para unosi się do kondensatora rurki cieplnej umieszczonego w przewodach z czynnikiem transportującym ciepło. Czynnik ten odbiera ciepło z kondensatorów rurek, zaś para skrapla się i spływa na spód poszczególnych rurek – tam następuje kolejny cykl jej podgrzewania. Zaletą tego typu systemów jest fakt, iż czynnik grzewczy całej instalacji nie przepływa bezpośrednio przez kolektor, a jedynie w jego głowicy. Takie rozwiązanie jest znacznie mniej awaryjne.

 

Masz jakieś pytanie? Zapraszamy do działu „Kontakt” – chętnie pomożemy!


Bison Energy Sp. z o.o.

Trojany 64E, 05-252 Dąbrówka, Poland

NIP: 1251624891  |  KRS: 0000499135

Copyright 2014 Bison Energy

design by sixbox.es