ELSETT Poradnik Inwestora

uwolnij energiÄ™!

Poradnik inwestowania w zielone technologie

Spis treści

Wprowadzenie ..................................................1 OZE w Polsce ...................................................2 Energia słoneczna .............................................7 Fotovoltaika ....................................................15 Energetyka wiatrowa.......................................25 Dotacje..........................................................36 Słowniczek .....................................................42

Wprowadzenie Energia odnawialna, kolektory słoneczne – co to jest?

Pojęcie energii odnawialnej (w tym słonecznej) wielokrotnie da się usłyszeć w telewizji, radio czy przeglądając zasoby internetu. Coraz częściej widzimy samowystarczające oświetlenie przejść dla pieszych i sygnalizacji świetlnej czy kolektory na dachach domów. Nieodnawialne źródła energii, czyli takie, których wykorzystanie postępuje znacznie szybciej niż ich naturalne odtwarzanie, stają się coraz droższe. Historia pokazuje nam, że wzrost cen lub odcięcie dostaw może być przyczyną konfliktów wojennych, jak to było w przypadku agresji Japonii na Stany Zjednoczone podczas II wojny światowej. Energia odnawialna, w tym słoneczna, jest powszechna, darmowa i dostępna. Promienie słoneczne – w mniejszym lub większym stopniu – docierają w każde miejsce na Ziemi. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii, niższych cen oraz niewielkich strat energii instalacje solarne potrafią wspierać standardowe instalacje grzewcze w naszych domach znacznie obniżając bieżące koszty standardowych nośników energii. Wykorzystanie energii słonecznej wiąże się dodatkowo z niezależnością w zakresie dostaw energii oraz satysfakcją, że dba się o środowisko.

OZE w Polsce Odnawialne źródła energii w Unii Europejskiej Rozwój technologiczny świata, w tym Unii Europejskiej rodzi duże zapotrzebowanie na energię elektryczną. Dzisiejszy świat został tak ukształtowany, że bez niej nie będzie w stanie funkcjonować. Wszystkie dziedziny przemysłu – w mniejszej lub większej części – nie są w stanie działać bez energii. Przerwy w dostawach prądu (Szczecin, rok 2012 – awaria, 48 godzin bez prądu – totalna anarchia w mieście) zdarzają się teraz, a w najbliższych latach mają występować coraz częściej. Cały system finansowy, bankowość, nie może funkcjonować bez energii. Możemy sobie wyobrazić, jakie byłyby tego konsekwencje.

Energia ze źródeł odnawialnych w kolejnych latach stanowić będzie duży składnik bilansu energetycznego Polski, jak i Unii Europejskiej. Rozpoczęty proces integracji z Unią Europejską z jednej strony zobowiązuje nas do podejmowania działań na rzecz promocji i rozwoju wykorzystania odnawialnych źródeł energii, z drugiej strony daje szansę na skorzystanie z istotnej pomocy wspólnoty w tej dziedzinie (np. dyrektywa UE 2009/29/WE).

Rozwój odnawialnych źródeł energii stwarza duże możliwości szczególnie lokalnym społecznościom na utrzymanie niezależności energetycznej, rozwoju regionalnego, utworzenie nowych miejsc pracy, a także na proekologiczną modernizację miejscowości, gminy czy powiatu, oraz dywersyfikację i decentralizację krajowego sektora energetycznego.

Ważnym faktem jest, że im szybciej Polska zaangażuje się w rozwój wykorzystania odnawialnych źródeł energii, tym prędzej krajowy przemysł energetyki odnawialnej, a w szczególności małe i średnie przedsiębiorstwa zaczną uczestniczyć w światowej produkcji urządzeń oraz technologii potrzebnych do wykorzystywania odnawialnych źródeł energii. Posiadany w kraju potencjał techniczny odnawialnych źródeł energii (przede wszystkim elektrownie wiatrowe i słoneczne) zobowiązuje do realizacji zadań mających na celu jego jak najlepsze wykorzystanie, a na obecnym etapie, bez wsparcia ze strony państwa, szybki rozwój energetyki odnawialnej nie jest możliwy.

Wspieranie rozwoju odnawialnych źródeł energii przez Unię Europejską stało się jej celem już w 1997 roku, kiedy w Białej Księdze Komisji Europejskiej umieszczona została strategia rozwoju alternatywnych źródeł energii (Energia dla przyszłości, odnawialne źródła energii), w której założono wzrost zużycia energii produkowanej ze źródeł odnawialnych w stosunku do zużycia energii brutto w 2000 roku w UE o 12% do roku 2010.

Dwa lata później rozpoczęto wdrażanie strategii w życie zakładając kolejne działania do roku 2003 mające na celu realizację założeń Białej Księgi, by ostateczny efekt osiągnąć przed rokiem 2010. W 2001 r. Parlament Europejski przyjął Dyrektywę 2001/77/EC w sprawie promocji na rynku wewnętrznym energii elektrycznej produkowanej z odnawialnych źródeł energii, wyznaczającą 22,1% udział energii elektrycznej produkowanej z odnawialnych źródeł energii w całkowitym

zużyciu energii elektrycznej w Unii Europejskiej do roku 2010.

Dyrektywa unijna 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 roku w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zakłada pakiety klimatyczne dla poszczególnych państw. Oznacza to, że każde z krajów członkowskich do roku 2020 musi przekroczyć odpowiedni próg udziału OZE w mixie energetycznym.

W 2010 roku produkcja energii z odnawialnych źródeł energii w Polsce wynosiła 8 TWh, co stanowiło zaledwie 7,1% mixu energetycznego. Do tego wyniku brane było pod uwagę wyniki półspalania (spalanie węgla i drewna), które wynosiły połowę tej wartości (4,1 TWh). Tak więc „czystej, zielonej” energii mieliśmy naprawdę niewiele. W związku ze zobowiązaniami dyrektyw Unii Europejskiej, szacowany udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w roku 2015 wyniesie ok. 17 TWh (15%). Rok 2020 to już ok. 31 TWh, czyli 20% całkowitej produkcji energii.

Poza udziałem energetycznym odnawialnych źródeł energii dyrektywa reguluje ponadto zmniejszenie wydzielania dwutlenku węgla do atmosfery oraz ogólnego zmniejszenia użycia energii. Emisja CO2 w latach 2020 i 2030 powinna zostać zredukowana o 15 i 20%, zmniejszenie energii – o 10 i 20% w tych samych latach. Jak więc widać, energia z zielonych źródeł odgrywa oraz będzie odgrywać coraz większą rolę.

Udział energii ze źródeł odnawialnych w wybranych państwach Unii Europejskiej:

Państwo

Udział Odnawialnych źródeł energii w 2005 roku

Docelowy udział energii z odnawialnych źródeł energii w roku 2020

Dania

17%

30%

Francja

10,3%

23%

Polska

7,2%

15%

Finlandia

28,5%

38%

Niemcy

5,8%

18%

Dlaczego OZE nie jest u nas tak popularne jak w innych krajach?

Rozwój energetyki wykorzystującej odnawialne źródła energii ograniczony jest przez szereg barier. Wymienić można aspekty psychologiczne, społeczne, instytucjonalne, prawne i ekonomiczne.

Do podstawowych barier należą: Bariery prawne: brak stosownych dokumentów i norm prawnych określających w klarowny sposób program i politykę w zakresie inwestycji oraz wykorzystania odnawialnych źródeł energii;

niewystarczające lub niedopracowane mechanizmy ekonomiczne, w tym w szczególności fiskalne, które pozwalałyby na uzyskiwanie relatywnych korzyści finansowych w stosunku do wysokości inwestycji na obiekty, instalacje, urządzenia przeznaczone do wytwarzania oraz sprzedaży energii ze źródeł odnawialnych.

Bariery finansowe: relatywnie wysokie koszty inwestycyjne technologii wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych, wysokie koszty prac pomiarowych (np. wiatrowych) niezbędnych do uzyskania pozwoleń na budowę elektrowni wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych.

Bariery informacyjne: brak powszechnego dostępu do informacji i badań na temat potencjału energetycznego danego regionu przy wykorzystaniu poszczególnych rodzajów odnawialnych źródeł energii, które mogą być podstawą do rozpoczęcia prac i np. udzielenia kredytu (komplet dokumentacji dla banku), brak lub niewystarczająca ilość informacji o firmach produkcyjnych i projektowych oraz o firmach konsultacyjnych zajmujących się tą tematyką poszczególnych źródeł odnawialnej energii, brak powszechnie dostępnych informacji o procedurach postępowania przy planowaniu tego typu inwestycji, standardowych kosztach cyklu inwestycyjnego, kalkulacjach oraz o korzyściach ekonomicznych, społecznych i ekologicznych na danym terenie związanych z realizacją inwestycji z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, brak informacji o producentach, dostawcach i wykonawcach systemów wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych.

Bariery dostępności do urządzeń i nowych technologii: niewielka ilość krajowych przedsiębiorstw zajmujących się na skalę przemysłową produkcją urządzeń wykorzystujących odnawialne źródła energii, brak preferencji podatkowych w zakresie importu i eksportu urządzeń przeznaczonych do systemów wykorzystujących odnawialne źródła energii.

Bariery edukacyjne: niewystarczający zakres programów nauczania, uwzględniających odnawialne źródła energii w szkolnictwie podstawowym oraz ponadpodstawowym (przyroda, chemia, biologia, geografia), brak programów edukacyjno-szkoleniowych dotyczących odnawialnych źródeł energii adresowanych do inżynierów, projektantów, architektów, przedstawicieli sektora energetycznego, bankowości i inwestorów.

Bariery wynikająca z potrzeby ochrony fauny i flory: brak wypracowanych metod uniknięcia konfliktów z ochroną przyrody i krajobrazu, niewystarczająca wiedza społeczności lokalnych na temat zalet i wad elektrowni konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych – wykorzystujących odnawialne źródła energii.

Energia słoneczna W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat stało się oczywiste, że dotychczasowe konwencjonalne i nieodnawialne źródła energii będą powoli zastępowane przez nowe, odnawialne źródła energii. Wynika to z faktu, że paliwa kopalne, będące podstawowym źródłem energii, zanieczyszczają środowisko oraz dlatego, że większość złóż paliw kopalnych będzie się powoli wyczerpywać.

Największym źródłem nieograniczonej, darmowej i czystej energii jest słońce.

Występuje powszechnie i bez granic, wysyłając w ciągu dwóch tygodni do powierzchni Ziemi tyle energii, ile wynosi całoroczne zapotrzebowanie energetyczne Ziemi. Energia powstaje na skutek reakcji termojądrowych występujących w jądrze gwiazdy. Energia promieniowania słonecznego jest energią o ogromnym potencjale, a jej zasób jest praktycznie niewyczerpalny – szacuje się, że cykl życia Słońca wynosi ok. 5 miliardów lat. Energia promieniowania słonecznego od dawna wykorzystywana jest za pomocą ogniw fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych. Z racji wysokich kosztów instalacji oraz użytkowania jeszcze do niedawna można było je spotkać jedynie w dużych instytucjach. Rozwój technologiczny, spadek cen urządzeń oraz zwiększenie produkcji pozwoliły, by energia słoneczna zawitała do zwykłych domostw.

Kolektory słoneczne Kolektory słoneczne to jedne z urządzeń pozwalających na wykorzystanie w domu energii słonecznej. Energię słońca można pozyskać dzięki zainstalowanym najczęściej na dachach bateriom słonecznym lub kolektorom. Funkcjonowanie kolektorów słonecznych polega na konwersji energii promieniowania słonecznego na energię cieplną nośnika ciepła, którym może być ciecz lub gaz. Z energii cieplnej wytworzonej przez kolektory słoneczne można korzystać przez cały rok lub tylko sezonowo – gdy jego praca jest najbardziej efektywna. Może ona być wykorzystana do podgrzewania wody użytkowej, wody w basenach, do wspomagania ogrzewania domów a także do celów rolniczych. Urządzenie odbiera energię słoneczną i przekazuje ją dalej poprzez tzw. czynnik grzewczy oraz wymiennik znajdujący się w zbiorniku do ogrzewania wody. Taka metoda przetwarzania energii słonecznej uważana jest za bardzo wydajną oraz funkcjonalną.

Analizy przeprowadzane w Polsce wykazały, że dzięki zastosowaniu kolektorów słonecznych można zaoszczędzić około 70% energii konwencjonalnej w procesach przygotowywania ciepłej wody użytkowej i około 30% w procesach ogrzewania pomieszczeń.

Zastosowanie kolektorów słonecznych jest coraz bardziej popularne. Sprzyja temu coraz większa produkcja oraz korzystny rachunek ekonomiczny. W sprzyjających warunkach czas zwrotu inwestycji wynosi 5 -7 lat, a w przypadku dużych inwestycji nawet 3 lata.Na każdym m2 powierzchni ziemi w słoneczny dzień padające promieniowanie wytwarza moc 1 kW (tyle wystarczy do ogrzania dużego pokoju przez grzałkę elektryczną).

Budowa kolektora Najważniejszym elementem kolektora słonecznego jest absorber, czyli powłoka absorbująca energię słoneczną. Od jej stopnia absorpcji i współczynnika emisji zależy w dużym stopniu sprawność całego kolektora. Najczęściej absorber to cienka, miedziana blacha pokryta warstwą z czarnego chromu lub tlenku tytanu.

Bardzo ważna jest również szyba ze szkła solarnego i hartowanego o niskiej zawartości tlenków żelaza Fe2O3 i przez to wysokiej przepuszczalności promieni słonecznych. Aby ograniczyć straty ciepła kolektor izolowany jest niepalną wełną mineralną pod absorberem oraz na jego bokach. Całość zamknięta jest w obudowie z lakierowanej blachy aluminiowej, w której wywiercone są otwory odpowietrzające i otwory na rury miedziane absorbera.

Rodzaje kolektorów Ze względu na rodzaj nośnika w kolektorze można je podzielić na: kolektor cieczowy, kolektor powietrzny.

Kolektory cieczowe ze względu na konstrukcję dzielimy dalej na: kolektor płaski, kolektor próżniowy, kolektor skupiający.

Kolektory płaskie (FLAT) Kolektor płaski działa na zasadzie wężownicy przykrytej miedzianą płytą, w której płynie czynnik grzewczy. Ta z kolei pokryta jest warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne. Całość przykrywa szyba solarna osłaniająca urządzenie przed uszkodzeniami, np. przed gradem. Wydajność energetyczna kolektora płaskiego w pełni zależy od temperatury zewnętrznej. Przy niskiej temperaturze na zewnątrz i słońcu intensywnie świecącym, całe ciepło które zostaje zaabsorbowane oddane jest do otoczenia, zanim zostanie przekazane do instalacji.

Kolektory płaskie mogą z powodzeniem skutecznie pracować przez cały rok w krajach o wysokim nasłonecznieniu gdzie różnice temperatur między poszczególnymi porami roku są niewielkie. W takich miejscach ich stosowanie jest jak najbardziej uzasadnione. W Polsce cieszą się one wysoką popularnością ze względu na nasze warunki klimatyczne oraz niską cenę. Technologicznym następcą kolektorów płaskich są kolektory próżniowe.

Kolektory próżniowe Dzięki zastosowaniu wysokiej technologii kolektory próżniowe są o około 30% wydajniejsze od kolektorów płaskich zwłaszcza w okresach wiosennym i jesienno-zimowym. Wynika to ze zdolności kolektora próżniowego do absorbowania promieniowania rozproszonego i bardzo dużego ograniczenia strat ciepła dzięki wykorzystaniu próżni w rurach kolektora. Powłoka absorbująca w kolektorach

rurowych ma najczęściej postać wąskiego paska z przylutowaną od spodu rurką miedzianą, biegnącego wewnątrz rury. Niektórzy producenci stosują również powlekanie wewnętrznej powierzchni rury w powłokę absorbującą. Rury próżniowe są mocowane szeregowo w izolowanej szynie zbiorczej, w której biegną rurki miedziane zbiorcze.

Rury kolektora można obracać w kierunku optymalnym do kierunku padania promieni słonecznych, dzięki czemu wzrasta ich efektywność. Są one wykonane ze szkła solarnego, hartowanego o grubości 1,6 mm.

Dzięki możliwości obracania rur próżniowych, kolektory próżniowe mogą być z powodzeniem montowane na fasadach budynków lub płasko na płaskich dachach bez konieczności montowania kosztownych i pracochłonnych konstrukcji wsporczych. Dodatkową zaletą rur próżniowych jest możliwość ich łatwej wymiany w przypadku uszkodzenia. Bez konieczności zamykania układu bądź wymiany całego kolektora.

Wysoka efektywność kolektorów próżniowych umożliwia, przy prawidłowym doborze ilości kolektorów, wspomaganie centralnego ogrzewania (przy ogrzewaniu podłogowym).

Kolektory próżniowe o bezpośrednim przepływie Czynnik grzewczy w kolektorze próżniowym o bezpośrednim przepływie transportowany jest bezpośrednio w każdej z tub próżniowych. Dzięki zastosowaniu próżni wszelkie straty energii poprzez utratę ciepła czynnika grzewczego w rurkach miedzianych zostały wyeliminowane. Efektem wykorzystania próżni otaczającej przewodnik jest uzyskanie wyższej temperatury czynnika grzewczego, a co za tym idzie – większego uzysku energetycznego. Wadami tego rozwiązania jest duża ilość czynnika grzewczego oraz bardzo wysokie temperatury w przypadku nieodbierania ciepła dalej przez instalację solarną. W przypadku niekorzystania z instalacji, np. podczas wyjazdu na wakacje brak urządzenia odbierającego ciepło może zaowocować przegrzaniem się układu solarnego. Kolektory w sytuacji dłuższej bezczynności należy zasłaniać.

Większa ilość czynnika grzewczego znajdującego się w kolektorze powoduje wzrost czasu rozruchu. Kolejnymi minusami są konieczność całkowitego opróżnienia instalacji solarnej z płynu grzewczego w przypadku awarii rury próżniowej oraz możliwość powstawania osadów powodujących zmniejszenie sprawności urządzenia.

Kolektory próżniowe heatpipe Budowa kolektorów heatpipe opiera się na bazie tzw. heatpipe'ów, czyli rurek cieplnych, które odpowiadają za odbiór i przewodzenie ciepła. Konstrukcja składa się od kilku do kilkudziesięciu rurek szklanych z próżnią wewnątrz. W każdej z nich znajduje się absorber z substancją o temperaturze wrzenia 30 stopni Celsjusza. Skrapla się ona w umieszczonym na końcu parownika skraplaczu, ogrzewa go i przekazuje ciepło przepływającemu przez nią czynnikowi roboczemu.

Dzięki zastosowaniu próżni kolektor ten cechuje się bardzo niskimi stratami

energii oraz można go wykorzystywać przez cały rok, nawet w przypadku występowania ujemnych temperatur. Zastosowana technologia oraz materiały wysokiej jakości umożliwiają tego typu urządzeniom na bardzo krótki czas rozruchu oraz zapewniają bardzo wysoką moc i sprawność. Wydajność kolektora typu heatpipe w porównaniu do zwykłego, płaskiego może być nawet trzykrotnie większa (biorąc pod uwagę uzysk z metra kwadratowego).

Zaletami kolektorów heatpipe jest pozyskiwanie energii rozproszonej, dzięki czemu funkcjonuje on podczas pochmurnych dni. Niemal całkowicie został ponadto wyeliminowany problem przegrzewania się instalacji solarnej dzięki obecności czynnika grzewczego jedynie w głowicy kolektora. Nie ma ponadto potrzeby zakrywania powierzchni kolektora podczas dłuższej nieobecności. Kolektory heatpipe zapewniają wysoką niezawodność podczas eksploatacji (nawet w długim okresie stagnacji) oraz bezpieczeństwo instalacji solarnej.

Kolektory próżniowe Heat Pipe z płaskim absorberem (FP70) Kolektor próżniowy heatpipe z płaskim absorberem jest połączeniem kolektora płaskiego oraz typu heatpipe. Konstrukcja bazuje na wykorzystaniu systemu tub próżniowych, z których każda zbudowana jest z pojedynczego szkła (boro silikatowego), której wnętrze wypełnia próżnia z osadzonym wewnątrz płąskim absorberem. Energia przekazywana jest bezpośrednio na odizolowaną rurkę cieplną i trafia do głowicy kolektora, skąd dalej transportowana jest dalej do instalacji solarnej.

Kolektory te cechują się – podobnie jak kolektory heatpipe – wysoką wydajnością, niezawodnością pracy oraz bezpieczeństwem instalacji układu. Korzystają z najnowszych rozwiązań techniki solarnej, charakteryzują się najwyższą sprawnością optyczną i najwyższymi rocznymi uzyskami energetycznymi.

Kolektory próżniowe WATT CPC typu „U-type“ Występują w wersji dziewięcio- i piętnastorurowej. Idealne rozwiązanie dla małych instalacji domowych jak również w instalacjach wielkometrażowych.

Kolektory oparte są na rurkach próżniowych, które składają się z dwuściennych hartowanych rur szklanych z zawartą pomiędzy ściankami próżnią, która gwarantuje najlepszą izolacyjność w każdych warunkach pogodowych. W rurach nie występują żadne połączenia, mogące spowodować zanik próżni, dzięki czemu ich żywotność jest długa. Wewnętrzna ścianka pokryta jest powłoką absorpcyjną o wysokiej absorpcji oraz znikomej emisji promieniowania słonecznego.

Zaletą kolektorów CPC jest umieszczenie rur szklanych nad wysokorefleksyjnym zwierciadłem parabolicznym CPC ( Compound Parabolic Concentrator), które umożliwia maksymalne wykorzystanie energii słonecznej. Geometria zwierciadła zapewnia absorpcję promieni słonecznych padających pod niekorzystnym kątem, jak również gwarantuje wykorzystanie całej powierzchni absorbera do zbierania promieniowania słonecznego.

Instalacja solarna Ciepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zbiornika (bojlera), w którym podgrzewa i gromadzi się wodę użytkową. Posiada on co najmniej jedną grzałkę (wężownicę), przez którą przepływa czynnik grzewczy. Ponieważ kolektory nie są w stanie dostatecznie ogrzewać wodę przez cały rok, stosuje się zasobnik z dodatkowym źródłem ciepła (np. elektryczną grzałką lub wężownicą zasilaną ciepłą wodą z kotła olejowego, węglowego, itp.), tzw. zasobniki biwalentne.

Kolektor solarny zamienia promieniowanie słoneczne na ciepło. Nośnikiem ciepła jest niezamarzający roztwór glikolu propylenowego krążący w instalacji na skutek pracy pompy obiegowej w zespole sterowniczo-pompowym. Bateria kolektora połączona jest hydraulicznie z wężownicą umieszczoną w podgrzewaczu wody użytkowej dwoma rurami miedzianymi o średnicy dobranej do wielkości baterii słonecznej. Czynnik grzewczy (roztwór glikolu) transportuje ciepło z kolektorów i przenosi je do wężownicy, która nagrzewa wodę w podgrzewaczu.

W poprawnie wykonanej instalacji solarnej, różnica temperatur pomiędzy nośnikiem wypływającym z kolektora a dopływającym do kolektora powinna wynosić maksymalnie 15 stopni Celsjusza. Oznacza to, że kolektor słoneczny zawsze posiada wyższą temperaturę niż temperatura wody w zbiorniku. Poprawnie zaprojektowana instalacja (składająca się z właściwie dobranych podzespołów do pojemności podgrzewacza, ilości kolektorów słonecznych oraz właściwego podłączenia całej instalacji) powinna w ciągu godziny pracy kolektorów nagrzać wodę w zbiorniku do temperatury nie wyższej niż 70°C. Im temperatura pracy kolektora jest wyższa, tym większe są straty ciepła przez wypromieniowanie.

Ilość promieniowania słonecznego przekładającego się na ciepło możliwe do uzyskania zależy od: lokalizacji, pory roku, pory dnia i oczywiście od pogody.

Dla kogo instalacje solarne, gdzie znajdą zastosowanie? domy jednorodzinne, ogrzewanie bieżącej wody (pralka, zmywarka, prysznic) oraz wspomaganie centralnego ogrzewania, ogrzewanie wody w basenach, ogrzewanie wody bieżącej w obiektach o dużym, dziennym zapotrzebowaniu, np. w szkołach, hotelach, firmy produkcyjne, w których ciepła woda wykorzystywana jest w procesie produkcji, budynki użyteczności publicznej, biura, urzędy, uczelnie, zakłady przemysłowe, etc., szeroko rozumiane ogrodnictwo.

Zalety kolektorów próżniowych (rurowych) próżniowa izolacja, funkcjonalność w każdych temperaturach, niskie straty energii – duża sprawność, szybsze nagrzewanie się kolektora w warunkach średniego lub niskiego nasłonecznienia (w porach przejściowych, np. jesienno-zimowej),

wyższa sprawność względem kolektorów płaskich (kąty padania promieni słonecznych), automatyczne czyszczenie podczas deszczu, wyłapywanie promieniowania rozproszonego w przeciwieństwie do kolektorów płaskich.

Ważne przy doborze kolektora powierzchnia brutto kolektora – określana na podstawie wymiarów zewnętrznych kolektora, łącznie z ramą. Wykorzystywana jest jedynie podczas pomiarów i wyboru miejsca instalacji kolektora, powierzchnia absorbera – oblicza się ją, sumując powierzchnię wszystkich elementów absorbera, które zbierają energię słońca. Wartość ta może być większa od powierzchni brutto kolektora (np. w przypadku kolektorów wypukłych), powierzchnia apertury – wartość ta określa wielkość powierzchni, przez którą promieniowanie słoneczne przedostaje się do wnętrza kolektora. W kolektorach płaskich jest to odkryta powierzchnia szyby solarnej (nie cała powierzchnia absorbera może być nasłoneczniona), a w próżniowych – stanowi sumę powierzchni rur próżniowych, sprawność optyczna – maksymalna sprawność energetyczna, jaką może osiągnąć kolektor wtedy, gdy jego straty ciepła są zerowe (różnica temperatury kolektora i temperatury otoczenia jest równa zero).

Rzeczywista sprawność energetyczna kolektora obliczana jest z pomniejszenia sprawności optycznej o straty ciepła wynikłe podczas pracy, współczynniki strat A1 i A2 – umożliwiają określenie wzrostu strat i zmniejszenia sprawności kolektora względem temperatury otoczenia.

Historia wykorzystywania energii słonecznej Od zarania dziejów człowiek wykorzystywał energię słoneczną. Proste czynności, takie jak suszenie ubrań, zebranej żywności znane były wieki temu i nie wymagały wykorzystania dodatkowych urządzeń.

Ludzie prehistoryczni wiedzieli już, że jaskinie, których wejścia skierowane są w kierunku południowym posiadają wyższą temperaturę wewnątrz, aniżeli te, których otwory wychodziły np. na północ. Starożytni Grecy 400 lat p.n.e. wynaleźli pierwszą soczewkę, którą skupiali wiązkę światła i wzniecali ogień. Chińczycy 200 lat p.n.e. wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupiania promieni słonecznych. Późniejszy budowniczowie również konstruowali budowle w takich miejscach, by w jak największym stopniu wykorzystać energię słoneczną (np. pozostawiając największe otwory/okna od strony południowej).

Pierwszy prototyp kolektora słonecznego używanego dzisiaj do podgrzewania wody powstał dopiero w XIX wieku. W 1896 roku Clarence Kemp z Baltimore zaprojektował drewnianą skrzynię, w której umieścił pomalowany na czarno zbiornik. Całą konstrukcję zainstalował na dachu i dzięki temu woda ogrzewała się szybciej i dłużej utrzymywała swoje ciepło. Pierwszy kolektor słoneczny kosztował aż 25 dolarów – była to wówczas dosyć wygórowana cena, ale i tak wynalazek znajdował swoich zwolenników.

Efekt fotowoltaiczny umożliwiający produkcję prądu bezpośrednio z energii promieniowania słonecznego został zaobserwowany już w XIX wieku. Przemysłowo zaczęto go wykorzystywać dopiero w połowie ubiegłego wieku. Początkowo znalazł on zastosowanie w amerykańskich programach kosmicznych – używano go w promach kosmicznych oraz satelitach.

Pierwsze typowo płaskie kolektory słoneczne służące do podgrzewania wody zostały użyte w 1920 na Florydzie i w Południowej Kalifornii. Po 1960 roku, a szczególnie w roku 1972 nastąpił szczególny wzrost zainteresowania uzyskiwaniem ciepłej wody przy pomocy kolektorów. Było to spowodowane kryzysem naftowym i wzrostem cen ropy naftowej w USA i na rynkach światowych.

W latach 40-tych w USA było zainstalowanych już 60 tys. instalacji solarnych.

W Europie największe zainteresowanie niekonwencjonalnymi rozwiązaniami energetycznymi nastąpiło w latach 70-tych podczas dwóch kryzysów paliwowych.

W 1973 r. podczas pierwszego kryzysu olejowego (drugi nastąpił cztery lata później) zaczęto intensywnie wdrażać nowe domowe sposoby wykorzystywania energii słonecznej. Prymitywne kolektory powstawały w garażach, piwnicach, prywatnych warsztatach, ale także w wielkich firmach. Efektem był wzrost popularności kolektorów w kolejnych latach.

Historia kolektorów słonecznych w Polsce rozpoczęła się w latach 1958/60 w Instytucie Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa. Podjęto tam pierwsze próby konstrukcji tego typu urządzeń, które miały posłużyć do ogrzewania powietrza.

W tym samym miejscu w roku 1963 skonstruowano pierwszy w Polsce, a jednocześnie jeden z pierwszych w Europie kolektor słoneczny o powierzchni 40 m2 przeznaczony do ogrzewania powietrza w suszarce zielonek i słomy lnianej.

Zyskał on dużą popularność, a dziedzina wspomagania suszenia płodów rolnych zaczęła się mocno rozwijać. W Polsce w roku 1993 naliczono ponad 6000 m2 kolektorów słonecznych przeznaczonych do ogrzewania powietrza.

Pierwsze kolektory do podgrzewania wody użytkowej, w Polsce zaczęła produkować firma Metaloplast z Bielska Białej w roku 1970. W latach 1970 - 1978 nastąpiło zahamowanie dalszego rozwoju prac związanych z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii. Niskie ceny nośników energii sprawiły, że dopiero w dwa lata później wznowiono prace badawcze i konstrukcyjne.

W latach 80-tych XX wieku, m.in. w firmie IBMER powstało wiele kolejnych projektów urządzeń przeznaczonych do przetwarzania wykorzystywania odnawialnych źródeł energii. Część z nich zostało wdrożonych w życie.

W ramach programu regionalnego UNDP/FAO w Europie do 1990 r. kolektory słoneczne opracowane w IBMER zostały wdrożone w 32 gospodarstwach rolnych indywidualnych, państwowych i spółdzielczych o łącznej powierzchni 8000 m2 kolektorów powietrznych i 350 m2 kolektorów do podgrzewania wody użytkowej.

Popularność przydomowych instalacji solarnych ze względu na coraz niższe koszty urządzeń oraz montażu i wspieranie odnawialnych źródeł energii przez państwo wciąż rośnie.

Fotowoltaika Wstęp Fotowoltaika (PV – photovoltaics) jest dziedziną nauki i techniki, która zajmuje się wytwarzaniem prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego, czyli przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego. Polega ono na wytworzeniu siły elektromotorycznej (czynnik wywołujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym) w ciele stałym pod wypływem promieniowania słonecznego. Zjawisko to, poza zastosowaniem w fotowoltaice, jest wykorzystywane w prądnicach, bateriach oraz termoparach.

Ogniwa słoneczne zwane również ogniwami fotoelektrycznymi lub fotowoltaicznymi czy też po prostu fotoogniwami, są to elementy wykonane z półprzewodników, które odpowiedzialne są za zachodzenie efektu fotowoltaicznego, czyli konwersji (zamiany) promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Powstałe w ten sposób przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Fotoogniwa słoneczne są produkowane z materiałów półprzewodnikowych, najczęściej z krzemu, germanu oraz selenu z niewielkimi domieszkami innych pierwiastków, takich jak glin, bor czy ołów. Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta. Baterią słoneczną nazywa się szeregowo połączone ze sobą fotoogniwa. Istnieją baterie z różną liczbą ogniw, w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw.

Fotowoltaika na świecie i w Europie Fotowoltaika, pomimo trudnych okoliczności finansowych i ekonomicznych w ostatnich latach, przeżywa intensywny rozwój. Obecnie instalacji fotowoltaicznych na świecie jest prawie 70 GW, w roku poprzednim było ich „zaledwie” 39,7 GW. W Europie (dane na koniec 2011 roku) najwięcej mocy zainstalowanej w elektrowniach fotowoltaicznych mają Niemcy – 24 820 MW, którzy zdecydowanie wyprzedzają resztę krajów Unii Europejskiej. Drugie miejsce zajmują Włochy – 12 750 MW, a trzecie Hiszpania – 4 191 MW. Dalej Czechy – 2118 MW, Francja – 1800 MW, Belgia – 1282,1 MW. Polska w porównaniu do liderów posiada niewielką ilość mocy – jedynie 1,7 MW. Szybki rozwój fotowoltaiki na świecie i w europie jest zasługą głównie państw Unii Europejskiej, szczególnie ze względu na dyrektywy nakazujące ograniczenie emisji dwutlenku węgla oraz wymaganych, określonych udziałów energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii w mixie energetycznym każdego z państw członkowskich. W Europie, podobnie jak w przypadku elektrowni wiatrowych, w ilości zainstalowanych ogniw fotowoltaicznych prowadzą Niemcy. Ponad 25 GW mocy zainstalowanej w tym kraju stanowi ponad połowę ogółu światowego rynku fotowoltaiki. W krajach pozaeuropejskich największy rozwój obserwuje się

w Japonii, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Australii. Należy się spodziewać, że po ustabilizowaniu się światowych rynków finansowych, wiele państw wykorzysta posiadany ogromny potencjał w zakresie budowy elektrowni fotowoltaicznych, np. Hiszpania czy Grecja.

Kolejną przyczyną zwiększenia mocy zainstalowanej w ostatnich latach jest pojawienie się systemów PV o znacznie zwiększonej mocy oraz sprawności, co w efekcie prowadzi do wyraźnego wzrostu rentowności tego typu inwestycji.

Mimo pewnych utrudnień, rozwija się również rynek systemów niepodłączonych do sieci (autonomicznych). Największe zastosowania PV w tym obszarze obserwować będziemy w zastosowania profesjonalnych, tj. infrastrukturze telekomunikacyjnej, oświetleniu ulic, przenośnych ładowarkach USB, terminalach przy autostradach, parkometrach itp.

Zalety instalacji fotowoltaicznych: niewyczerpane źródło energii (energia słoneczna), powszechna dostępność światła słonecznego, niemal zerowy koszt utrzymania instalacji, niezanieczyszczanie środowiska, brak odpadów podczas produkcji energii, działanie przez cały rok, brak efektów ubocznych podczas pracy (tak jak np. wibracje w przypadku elektrowni wiatrowych), brak wpływu na środowisko i mikroklimat, długi czas eksploatacji, żywotność instalacji powyżej 30 lat .

Wady instalacji fotowoltaicznych: wysoki koszt instalacji, brak produkcji energii w nocy, krótki okres przechowywania energii.

Zastosowania Fotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe i wysoce niezawodne źródła energii elektrycznej. Znajdują one zastosowanie m.in. w: elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, ogrodowych i przydomowych lampach, plecakach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, pojazdach komunikacji miejskiej, jachtach, kempingach, itp., stacjach pomiarowo-rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej lub energii elektrycznej, automatyce, jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii.

Pomimo stosunkowo wysokich kosztów ogniw fotowoltaicznych w porównaniu np. z tzw. źródłami konwencjonalnymi, fotowoltaika jako alternatywne źródło energii znajduje zastosowanie przede wszystkim z dwóch powodów: ekologicznych oraz praktycznych (promieniowanie słoneczne jest praktycznie wszędzie dostępne, a eksploatacja nie wymaga ingerencji człowieka).

Budowa Głównym materiałem do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krystaliczny krzem. Pojedyncze bateria słoneczna jest w stanie wygenerować prąd o mocy od 1 do około 7 W. Ogniwa są najczęściej produkowane w panelach o powierzchniach około 0,2 – 1,0 metra kwadratowego.

Pojedyncze ogniwo w standardowych warunkach pozwala na uzyskanie napięcia w granicach 0,55 – 0,60 V, prądu maksymalnego o natężeniu około 300 mA. Aby uzyskiwać napięcie i moc użytkową, pojedyncze ogniwa łączone są w duże moduły lub panele. Ogniwa grupuje się za pomocą taśm przewodzących w układzie szeregowym w liczbie do 36. Następnie tak połączone ogniwa przykleja się do podłoża i zalewa się transparentnymi żywicami odpornymi na niekorzystne warunki pogodowe. Tak przygotowany panel zaopatruje się w metalową ramkę nadającą sztywność podłożu oraz kable przyłączeniowe wraz z układem zabezpieczającym.

Charatkerystyka złączy p-n Większość obecnie dostępnych ogniw fotowoltaicznych opartych jest na półprzewodnikowych złączach p-n (positive-negative). Z obydwu stron znajdują się przeciwstawne półprzewodniki – p oraz n. W obszarze połączenia dwóch powyższych istnieje przestrzeń, w której występuje tzw. wbudowane pole elektryczne. Obszar ten zwany jest również obszarem zubożonym, obszarem ładunku przestrzennego lub warstwą zaporową. Występują w nim tylko ładunki zjonizowanych atomów dodatnich oraz ujemnych, zlokalizowane w węzłach sieci krystalograficznej.

Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z półprzewodnikowego złącza p-n, pomiędzy którym znajduje się bariera potencjałów. Gdy w ogniwo uderzy foton o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika (warstwa zaporowa), elektrony przemieszczają się do obszaru n, a następnie po przejściu przez obwód łączą się z dziurami (ładunek dodatni) które pozornie poruszają się przez obszar typu p. W wyniku takiego ruchu elektronów powstaje różnica potencjałów, czyli napięcie elektryczne.

Zasada działania Zasadę działania ogniwa słonecznego posiadającego złącze p-n można przedstawić w następujący sposób.

Elektrony walencyjne czystego półprzewodnika (z jakim mamy tutaj do czynienia – krzem) są dosyć mocno związane z atomami sieci krystalicznej wiązaniami

atomowymi (kowalencyjnymi). W bardzo niskich temperaturach krzem jest dobrym izolatorem, natomiast w temperaturach wyższych drgania termiczne sieci są na tyle silne, że pewna liczba elektronów może otrzymać wystarczającą energię, aby ich wiązania z zostały zerwane. Wówczas mogą one bezproblemowo uczestniczyć w procesie przewodzenia jako nośniki ładunku elektrycznego.

Padające na złącze fotony powodują powstawanie pary nośników o przeciwnych ładunkach elektrycznych. Na skutek uwolnienia elektronów, tzw. dziur, powstają dodatnie jony krzemu. Pomimo ich określonej pozycji w sieci (strukturze) danego materiału (w tym przypadku – krzemu), są one w stanie się poruszać i brać udział w procesie przewodzenia prądu elektrycznego. Ładunki (elektron-dziura) na skutek obecności złącza p-n zostają rozdzielone w dwie różne strony. Elektrony trafiają do złącza n, a dziury do złącza p.

W wyniku tego procesu (dyfuzji), na złączu zaczyna płynąć prąd. Ponieważ rozdzielone ładunki są nośnikami nadmiarowymi, mające tzw. nieskończony czas życia a powstałe napięcie jest stałe, oświetlone złącze może działać jako stabilne ogniwo.

Przyszłość Przez długi czas sądzono, że złącze półprzewodnikowe jest niezbędnym elementem ogniwa fotowoltaicznego. W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania dotyczące ogniw barwnikowych oraz polimerowych, które nie posiadają tego typu struktury. Pierwszym warunkiem zaistnienia efektu fotowoltaicznego jest to, by absorbowany przez ogniwo foton był w stanie wzbudzić elektrony z niskiego stanu energii do stanu o wyższej energii. Drugim jest uszeregowanie nośników energetycznych, co w efekcie prowadzi do procesu powstawania prądu elektrycznego.

Rodzaje modułów Ze względu na materiał zastosowany do budowy ogniw fotowoltaicznych wyróżnia się: selenowe, krzemowe, monokrystaliczne, polikrystaliczne, cienkowarstwowe (amorficzne, krzem bezpostaciowy).

Trwają również badania nad ogniwami nowych generacji, mianowicie barwnikowych oraz polimerowych.

Często surowcem do wytwarzania ogniw fotowoltaicznych jest krzem. Ten półmetal cechuje się bardzo wysoką sprawnością w zakresie przetwarzania promieniowania słonecznego. Podobnymi właściwościami charakteryzuje się arsenek galu, jednak ze względu na koszt, stosuje się go na ogniwach stacji kosmicznych.

Ogniwa krzemowe, monokrystaliczne Inaczej tzw. panele klasyczne. Panele monokrystaliczne zbudowane są z pojedynczych ogniw, które utworzone są z jednorodnego kryształu krzemu (czystość 99,9%) o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Proces budowy polega na odpowiednim cięciu bloku krzemu odpowiedniej wielkości na warstwy o grubości około 0,3 mm. Ten sposób produkcji cechuje się najwyższym poziomem sprawności oraz żywotności ogniwa, ale również wysokimi kosztami produkcji. Panele monokrystaliczne osiągają sprawność rzędu 17-22%.

Ogniwa krzemowe, polikrystaliczne Panele polikrystaliczne podobnie jak monokrystaliczne, zbudowane są z ogniw krzemowych. Różnicą w stosunku do paneli monokrystalicznych jest struktura.

Ogniwa powstają z połączenia wielu niewielkich kryształów krzemu. Z tego powodu ich powierzchnia nie jest jednolita, co w określony sposób wpływa na wydajność, ale także cenę urządzeń. Ogniwa polikrystaliczne ze względu na dużą (lecz nie najwyższą) wydajność oraz umiarkowany koszt są najczęściej spotykanym rodzajem paneli PV. Sprawność urządzeń waha się w przedziale 12-14%.

Ogniwa krzemowe, amorficzne Budowa paneli amorficznych odbiega od dwóch wyżej przedstawionych. Proces produkcji polega na nanoszeniu cienkich warstw krzemu (grubość około 1-3 mikronów) na powierzchnię innego materiału, np. szkła. Nie ma wtedy możliwości wyodrębnienia pojedynczych ogniw. Ten proces produkcji jest najbardziej oszczędny i cechuje się najniższą sprawnością. Tego typu panele znajdują zastosowanie np. w zegarkach lub kalkulatorach oraz w bardzo dużych instalacjach.

Sprawność takich układów waha się od 7-15%.

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych Ze względu na rodzaj przyłącza oraz zastosowanie wyróżnia się trzy rodzaje instalacji fotowoltaicznych: zintegrowane z siecią, autonomiczne, pośrednie.

Instalacje te różnią się między sobą między innymi całkowitą powierzchnią kolektorów, sposobem przyłączenia i rodzajem odbiorników.

Przy wyborze rodzaju instalacji oraz poszczególnych elementów zestawu należy we właściwy sposób zaprojektować funkcjonowanie systemu. Służą do tego specjalne aplikacje komputerowe. Dobierają one odpowiednie rozwiązania na podstawie przewidywanego obciążenia instalacji w ciągu roku oraz dnia dopasowanego do przeciętnego nasłonecznienia w danej lokalizacji.

Systemy zintegrowane z siecią Systemy zintegrowane z siecią możemy podzielić na dwa rodzaje – pierwszy to

elektrownie z bardzo dużą ilością paneli fotowoltaicznych przekazujących energię bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, drugi polega na zintegrowaniu systemu z budynkiem, który jest w stanie odebrać całą energię wyprodukowaną przez instalację (energia z sieci elektroenergetycznej pobierana jest w przypadku nadwyżki zapotrzebowania w stosunku do energii pochodzącej z fotowoltaiki).

Akumulatory oraz regulatory ładowania w tych systemach są zbędne ze względu na możliwość przyjęcia przez sieć całej energii wyprodukowanej przez instalację fotowoltaiczną.

Sprawność systemów zintegrowanych z siecią jest bardzo wysoka. Cała wytwarzana energia jest wykorzystywana przez odbiorniki lub bezpośrednio jest przekazywana do sieci elektroenergetycznych. Dzięki temu sprawność dobrze zaprojektowanej instalacji (przy wykorzystaniu wydajnej przetwornicy) może wynieść nawet 80%.

System zintegrowany z siecią posiada następujące elementy: panele fotowoltaiczne, przetwornica, licznik energii wyprodukowanej przez instalację, licznik energii dostarczanej z sieci do obiektu.

Systemy autonomiczne Autonomiczne systemy fotowoltaiczne są samodzielną instalacją pozwalającą użytkownikowi na uniezależnienie się od zewnętrznych dostawców energii elektrycznej. Założeniem tego typu przedsięwzięcia jest przetworzenie wymaganej ilości energii słonecznej koniecznej do całkowitego zapotrzebowania odbiornika w elektryczność.

Względem systemów zintegrowanych z siecią, systemy autonomiczne zostały wzbogacone o akumulator, dzięki czemu możliwe jest funkcjonowanie odbiornika zarówno w dzień, jak i w nocy.

Systemy autonomiczne znajdują zastosowanie głównie w miejscach, gdzie nieopłacalne lub niemożliwe jest doprowadzenie linii energetycznej oraz przyłączy do zasilania poszczególnych obiektów, jak np.: budynki w górach lub trudno dostępnych lokalizacjach, przekaźniki telekomunikacyjne, sygnalizacja drogowa, tablice ogłoszeniowe (np. LED), parkomaty, pojazdach komunikacji miejskiej, jachtach, kempingach, itp., systemy zasilania awaryjnego.

System autonomiczny posiada następujące elementy: panele fotowoltaiczne, regulator napięcia, zespół akumulatorów (odpowiedzialne za gromadzenie nadwyżek wyprodukowanej energii, funkcjonują np. w nocy, gdy panele fotowoltaiczne nie pracują),

inwerter (odpowiada za zamianę prądu stałego w prąd zmienny).

Jest on obecny w instalacjach, w których stosuje się prąd przemienny.

Jeżeli urządzenie pracuje z prądem stałym, inwerter jest pomijany.

Systemy pośrednie (CSP) Systemy pośrednie działają podobnie jak tradycyjne elektrownie parowe. Elektrownie skoncentrowanej energii słonecznej CSP do produkcji ciepła wykorzystują parę, ale zamiast paliw kopalnych do napędzania turbin wykorzystuje się energię słoneczną. Systemy oparte są na ułożonych w rzędach lustrach o parabolicznym kształcie. Długość takiej konstrukcji wynosi ponad 400 metrów.

Taki system pozwala na maksymalne wykorzystanie promieniowania słonecznego w ciągu dnia.

System pośredni posiada następujące elementy: paraboliczne lustra, rury odbiorcze, olej transportujący ciepło, wymiennik ciepła, zbiorniki magazynujące, para, turbina, generator kondensator, wieża chłodnicza.

Zasada działania instalacji pośredniej System pośredni działa w następujący sposób: połączone ze sobą paraboliczne lustra koncentrują promieniowanie słoneczne na specjalnie zaprojektowanych, próżniowych rurach odbiorczych. Kształt luster pozwala na odbijanie promieni słonecznych przez cały dzień, bez zależności od pozycji Słońca na niebie. Rury próżniowe przekształcają energię słoneczną w ciepło, które transportowane jest za pomocą umieszczonego w nim oleju. Jego temperatura wynosi 400 stopni Celsjusza, co pozwala na podgrzewanie pary w wymienniku ciepła.

Ta z kolei napędza tradycyjne turbiny parowe.

Niemal najważniejszym elementem systemów pośrednich jest rura odbiorcza, która posiada największy wpływ na sprawność całego układu. Cechuje się ona wysokim stopniem absorpcji promieniowania słonecznego oraz niskim współczynnikiem emisji termicznej. Zastosowanie specjalnych powłok absorpcyjnych o długim okresie żywotności (stabilności cieplnej) odpowiadają za bardzo wysokie właściwości optyczne oraz absorpcyjne rur. Efektem wykorzystania wysokiej jakości materiałów jest maksymalizacja sprawności instalacji oraz przyczynienie się do długiej eksploatacji.

Elektrownie tego typu znajdują głównie zastosowanie w przypadku wymaganych dużych uzysków energetycznych (do 300 MW). Z racji powierzchni roboczej instalacji, lokalizowane są one na dużych, wolnych, nieuprawnych obszarach. Na

decyzję o lokalizacji tego typu inwestycji bardzo duży, jeżeli nie największy wpływ ma ilość dni słonecznych w roku. Z tego powodu systemy pośrednie nie są spotykane w Polsce. Elektrownie CSP można znaleźć np. w Hiszpanii oraz Stanach Zjednoczonych.

Elementy instalacji fotowoltaicznych Poza wymienionymi wyżej panelami słonecznymi, w skład instalacji fotowoltaicznych wchodzi jeszcze kilka innych urządzeń.

Poniżej prezentujemy pozostałe elementy.

Przetwornice Przetwornica napięcia zwana także inwerterem mocy jest urządzeniem elektrycznym pozwalającym na zasilanie określonych odbiorników z układów zasilających, których parametry (np. napięcie) nie pozwalają na bezpośrednie połączenie z odbiornikiem. Przetwornica ma za zadanie tak zmienić wartości prądu oraz napięcia, by zasilanie odpowiadało wymogom odbiornika. Operacja ta wykonywana jest przy tym z jak najmniejszymi stratami mocy (wysoka sprawność konwertera).

Konwertery mocy stosowane są zarówno w układach wymagających wprowadzenia znacznych różnic pomiędzy napięciami (a zatem wielokrotnego podwyższenia lub obniżenia napięcia), jak i w sytuacjach, gdy są one prawie jednakowe, lecz zasilany odbiornik wymaga większej stałości tych parametrów, niż może ją zapewnić stosowane źródło prądu (na przykład, rozładowująca się bateria). Ponadto, zadaniem konwertera mocy może być zmiana częstotliwości prądu przemiennego, ewentualnie zmiana napięcia stałego na przemienne, lub odwrotnie.

W przypadku fotowoltaiki, konwerter służy do przemiany prądu stałego na prąd przemienny. Odpowiednio dobrana przetwornica zapewnia bezpieczną oraz bezawaryjną pracę całej instalacji.

Przetwornica to niezbędny element systemów fotowoltaicznych, który służy do konwersji prądu stałego na prąd przemienny. Jest to urządzenie, które odpowiednio dobrane zapewnia bezpieczną i bezawaryjną pracę systemu. Baterie słoneczne wraz z przetwornicami pracują w mało przewidywalnych warunkach.

Biorąc pod uwagę wysokie koszty paneli i związanej z nimi elektroniki ważne jest zatem stosowanie dodatkowych zabezpieczeń chroniących całość instalacji przed możliwymi usterkami. Szczególnie należy zapewnić realizację zabezpieczenia przepięciowego, przeciążeniowego i temperaturowego.

Regulator ładowania Regulator ładowania to urządzenie stosowane w instalacji pomiędzy ogniwami fotowoltaicznymi a akumulatorami. Mechanizmy te są używane w celu utrzymania naładowanych w jak największym stopniu akumulatorów i nie doprowadzać do sytuacji ich przeładowania oraz dopilnowania, by nie zostały one w pełni rozładowane przez urządzenia pobierające energię (odbiorniki). Co więcej, regulator zabezpiecza akumulator przed rozładowaniem w nocy spowodowanym "cofaniem"

się prądu do paneli. W momencie, gdy napięcie na akumulatorze spada do niebezpiecznie niskiego poziomu, następuje odcięcie dopływu prądu do urządzeń korzystających z energii zgromadzonej w akumulatorze.

Istnieje szereg regulatorów, które różnią się od siebie napięciem pracy i maksymalnym natężeniem prądu, które może płynąć przez układ. Najpopularniejsze jednostki pracują z napięciem 12 lub 24 V. Zastosowanie znajdują także regulatory typu MPPT, które umożliwiają śledzenie punktu maksymalnej mocy pochodzącej z ogniwa, dzięki czemu uzysk energetyczny jest wyższy. Regulator, w zależności od napięcia podawanego przez panel, jest w stanie dostosować parametry pracy w sposób, który minimalizuje straty energii. Zaawansowany algorytm śledzący pozwala, aby panel pracował z parametrami, przy których produkuje najwięcej energii. Następnie wysokie napięcie płynące z paneli (nawet 150V) obniżane jest do oczekiwanego poziomu (12 lub 24V).

Rodzaje regulatorów: prosty: jedno- lub dwustopniowy – pracuje na zasadzie przekazywania wytworzonej energii do akumulatora. Po osiągnięciu odpowiedniego napięcia, ogniwo fotowoltaiczne zostaje odłączone; trójstopniowy PWM (pulse-width modulation – modulacja szerokości impulsu) – działanie tego typu regulatora działa na zasadzie podobnej do tej, wykorzystywanej we wszystkim nam znanych ładowarkach do telefonów.

W momencie, gdy bateria osiągnie wyznaczony limit napięcia, moduł PWM redukuje prąd ładowania, aby bateria nie uległa przegrzaniu, jednocześnie próbując przekazać maksymalną ilość energii do akumulatora. Gdy akumulator jest naładowany, regulator przesyła krótkie sygnały o dużym natężeniu co kilka sekund, w sytuacji odwrotnej, gdy akumulator jest niemal rozładowany, urządzenie wysyła sygnał długi, ciągły.

MPPT (maximum power point tracking) to regulatory śledzące punkt maksymalny mocy. Urządzenia tego rodzaju działają podobnie, jak regulatory PWM, są jednak od nich wydajniejsze o około 10-30% w zależności od danej sytuacji. Ma to również odzwierciedlenie w cenie jednostki.

Zalety technologii PWM: obniżenie temperatury akumulatora, zwiększa akceptację prądu przez akumulator – możliwość naładowania akumulatora do wartości ok. 90-95% (ok. 60% w przypadku klasycznych rozwiązań), regulacja spadków napięcia w instalacji oraz kontrola nad efektami zmian temperatury w systemie, możliwość przywrócenia początkowej pojemności akumulatora, dostosowanie się do spadku pojemności akumulatora z wiekiem (starzenie się baterii), akumulator można naładować do 90-95% jego pojemności przy 60% dla klasycznych rozwiązań.

Korzyści płynące z zastosowania regulatora PWM: dłuższa żywotność akumulatora, większa dostępna pojemność akumulatora, zmniejszenie częstotliwości odłączania się urządzeń, wyższa sprawność instalacji fotowoltaicznej, możliwość zastosowania mniejszej baterii w celu zmniejszenia kosztów, możliwość zmniejszenia powierzchni paneli fotowoltaicznych.

Akumulator Akumulatory znajdują zastosowanie w instalacjach fotowoltaicznych, w których wymagane jest gromadzenie energii. Zapewniają one komfort elektryczny dla zastosowanych odbiorników w określonym czasie np. godzin lub dni. Najczęściej spotykane jednostki to akumulatory kwasowo-ołowiowe, składające się z sześciu ogniw o napięciu 2,1 V połączonych szeregowo. Elektrolitem jest w nich wodny roztwór kwasu siarkowego, a elektrody zbudowane są z ołowiu Pb (katoda) i tlenku ołowiu PbO2 (anoda). W systemach solarnych można również wykorzystać akumulatory innego typu, takie jak np. żelowe. Zaletami tych jednostek są: wyższa ilość możliwych rozładowań/naładowań, odporność na wysoką temperaturę, przystosowane do pracy przy niestabilnej sieci zasilającej, zżelowany elektrolit. Główną wadą akumulatorów żelowych jest ich wysoka cena. Akumulatory stosowane w instalacjach fotowoltaicznych powinny charakteryzować się możliwością wielokrotnego ładowania i rozładowywania. Istotną cechą urządzeń jest tzw. próg dopuszczalnego rozładowania (wyrażonego w woltach), który powinien mieć jak najniższą wartość. Oznacza on możliwe dopuszczalne rozładowanie będące granicą bezpieczeństwa. Kolejną istotną cechą wyboru akumulatorów jest ich pojemność wyrażona w amperogodzinach.

System montażowy System montażowy pozwala na bezpieczny i stabilny montaż paneli fotowoltaicznych w określonej lokalizacji. W zależności od rodzaju systemu fotowoltaicznego stosowane są różne rozwiązania. Przede wszystkim wpływ ma lokalizacja fotoogniw, np. na dachu lub na płaskiej powierzchni terenu. System instalacyjny systemu fotowoltaicznego może składać się np. z konstrukcji nośnej, uchwytów dachowych czy szyn montażowych. Dobrze wykonana konstrukcja ma za zadanie zapewnić w głównej mierze odpowiednie nachylenie panelu fotowoltaicznego, ale także jego bezpieczne funkcjonowanie.

Akcesoria i kable Akcesoria, kable i przewody to bardzo ważne elementy instalacji fotowoltaicznych. Są one niezbędne, a dodatkowo stanowią o skuteczności, wydajności oraz bezpieczeństwie funkcjonowania konstrukcji PV. Zasadniczą cechą akcesoriów, kabli i przewodów muszą być ich odpowiednie dostosowanie do pozostałych urządzeń instalacji fotowoltaicznej oraz wysoka jakość wykonania.

Energetyka wiatrowa Historia w Polsce Energetyka wiatrowa w naszym kraju zaczęła rozwijać się dopiero na początku lat dziewięćdziesiątych, głównie na wybrzeżu ze względu na bardzo korzystne warunki. Pierwsza siłownia powstała w 1991 roku w pobliżu wcześniej istniejącej już Elektrowni Wodnej w Żarnowcu. Obecnie w tym miejscu znajduje się farma wiatrowa Lisewo (uruchomienie w 2005 roku, moc 10,8 MW). Pierwsza farma wiatrowa w Polsce została uruchomiona w kwietniu 2001 roku w Barzowicach (zainstalowana moc – 5 MW).

Do końca roku 1999 uruchomiono 14 farm wiatrowych o łącznej, zainstalowanej mocy ponad 3,5 MW. Obecnie wielu inwestorów interesuje się energetyką wiatrową ze względu na bardzo korzystne warunki inwestycji w naszym kraju. Dla porównania – Polska znajduje się w tych samych strefach wietrzności, co Niemcy, które przodują w produkcji energii z wiatru w Europie, na świecie plasują się za dwiema potęgami – Chinami oraz Stanami Zjednoczonymi. Daje to szanse na nie tylko na duże zwroty z inwestycji, ale także na bardzo wysoki udział OZE w bilansie energetycznym Polski. W porównaniu do państw zachodniej Europy, takich jak Niemcy, Dania czy Holandia, polska energetyka wiatrowa stopniowo zaczyna się rozwijać.

Od początku XXI wieku energetyka wiatrowa rozwija się w tempie 20-30% rocznie. W przeciwieństwie do wyczerpujących się już złóż surowców energetycznych (np. węgiel brunatny, kamienny) odnawialne źródła energii stanowią nieograniczone zasoby (np. energia słoneczna, wiatrowa). Co więcej, OZE jest najszybciej rozwijającą się gałęzią gospodarki na świecie.

Szansa dla Polski Wieloletnie pomiary wiatru pozwoliły na utworzenie mapy wietrzności Polski, która pozwala określić skuteczność siłowni wiatrowej na danym terenie. Bardzo dobre warunki do instalacji elektrowni wiatrowych prognozują duży rozwój elektrowni wiatrowych w Polsce, zarówno farm wiatrowych, pojedynczych siłowni czy przydomowych instalacji wiatrowych. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania OZE dodatkowo ułatwia sprawę – o wiele łatwiej jest uzyskać informacje na temat przedsięwzięcia, kredyty czy porady firm specjalizujących się danej dziedzinie. Wszystko to wpływa na bardzo dynamiczny i perspektywiczny rozwój sektora odnawialnych źródeł energii w Polsce, w tym siłowni wiatrowych.

Dlaczego energetyka wiatrowa? wzrastający popyt na energię, bez której współczesna cywilizacja nie jest w stanie funkcjonować, łatwość przyłączenia do sieci dystrybucyjnej pojedynczych siłowni wiatrowych (model rozproszony, przeciwieństwo farm wiatrowych),

nieustannie wzrastające ceny energii elektrycznej, szacunkowo wzrost o 80% w ciągu najbliższej dekady, konieczność zwiększenia produkcji energii ze źródeł odnawialnych w Polsce i Unii Europejskiej prawie dwukrotnie w najbliższych ośmiu latach, dyrektywa UE/2009/28/WE nakazująca rządom krajów UE wsparcie projektów OZE, ustawa o OZE deklarująca odkup zielonej energii zapewnia stabilność rynku i wsparcie instalacji siłowni wiatrowych o mocach do 2 MW, niezależność od sytuacji na rynkach finansowych, branża energetyczna jest odporna na kryzys, przyjazna środowisku – elektrownie wiatrowe powodują najmniejszy wpływ na ekosystem spośród znanych technologii wytwarzania energii elektrycznej, ochrona środowiska – podczas produkcji energii elektrycznej nie występuje emisja CO2 do atmosfery, energia wiatru w przeciwieństwie do surowców używanych w konwencjonalnych elektrowniach jest niewyczerpalnym źródłem energii.

Zalety energetyki wiatrowej w modelu rozproszonym względem farm wiatrowych: brak konieczności posiadania dużych, odosobnionych przestrzeni na instalacje, większe szanse na przyłączenie siłowni do sieci, brak konieczności budowania kosztownych przyłączy, gwarancja wykupu energii (dyrektywy UE), mniejsze koszty realizacji, szybszy czas realizacji inwestycji, mniej problemowe konsultacje społeczne, niższy wpływ na środowisko, łatwiejsze konsultacje z lokalnymi społecznościami, ekologami, łatwiejsze uzyskanie pozwoleń oraz przeprowadzenie stosownych badań i pomiarów.

Gwarancje bezpieczeństwa inwestycji w elektrownie wiatrowe: Unia Europejska – Polska zobligowana jest uzyskać 15% udział OZE w mixie energetycznym do 2020 roku, 20% do roku 2030 oraz 50% do roku 2050.

Gwarantuje to wsparcie państwa dla producentów energii ze źródeł odnawialnych.

Gwarancja odbioru – dystrybutorzy energii są ustawowo zobowiązani do wykupienia energii od producentów energii wykorzystujących odnawialne źródła energii. W połączeniu z długoterminowymi kontraktami pozwala to w pełni zabezpieczyć kredytowanie inwestycji (banki bardzo chętnie udzielają kredyty na inwestycje w OZE).

Wysoka rentowność - bardzo krótki zwrot z inwestycji oraz relatywnie łatwy w pozyskaniu kredyt inwestycyjny.

Ceny energii - rynek energii elektrycznej w UE będzie podlegał liberalizacji, co oznacza duży wzrost cen (prognozy nawet o 80% w przeciągu najbliższej dekady). Ceny w Polsce są znacząco niższe, więc dochód z energii może tylko wzrosnąć (spadną ceny Zielonych Certyfikatów, jednak cena energii dodatkowo wzrośnie).

Przygotowanie lokalizacji Warunkiem opłacalności inwestycji w siłownię wiatrową jest dobranie odpowiedniej lokalizacji. Wybiera się ją na podstawie prędkości wiatru w danym miejscu oraz liczby wietrznych dni. W przypadku siłowni wiatrowych, których celem jest odsprzedaż produkowanej energii elektrycznej, pomiary wietrzności wykonywane są minimum przez rok na specjalnie przystosowanym do tego celu maszcie (którego wielkość będzie odpowiadała masztowi siłowni wiatrowej).

Dane pobierane są przez anemometry umieszczone na kilku wysokościach. Po przeprowadzonych badaniach na podstawie zgromadzonych danych można ustalić klasę wietrzności danej lokalizacji oraz dobrać odpowiedni typ konstrukcji, która w najlepszym stopniu będzie odpowiadała warunkom w danej lokalizacji.

W przypadku przydomowych instalacji wiatrowych, których celem nie jest odsprzedaż energii, a jedynie wsparcie domostwa lub gospodarstwa, pomiary wykonywane są relatywnie krócej. Wpływa na to przede wszystkim wielkość i typ elektrowni wiatrowej. Przydomowe instalacje są o wiele mniejsze oraz nie posiadają takich mocy, jak ich dużo większe odpowiedniki.

Podział elektrowni wiatrowych Ze względu na zastosowanie: przydomowe, przemysłowe (przystosowane do sprzedaży energii).

Ze względu na moc: mikro (do 100 W), małe (100-50 kW), duże (>50 kW).

Ze względu na lokalizację: morskie.

Budowa turbiny wiatrowej Istnieje kilka rodzajów turbin wiatrowych, jednak najczęściej spotykanym rodzajem są siłownie o poziomej osi obrotu. Wirnik z łopatami (przeważnie trzy) jest zamocowany na głównym wale wspieranym na łożyskach. Wał przekazuje energię obrotu poprzez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną. Ta z kolei jest dalej przekazywana do źródła odbioru (elektrownia lub dom w przypadku instalacji przydomowej).

W przypadku innych rodzajów turbin, poniższy opis może się nieznacznie różnić.

Podstawowe elementy turbin wiatrowych: piasta, wirnik, wał napędowy, skrzynia biegów, generator, wieża, gondola.

Dlaczego turbina o osi poziomej się kręci?

Fakt obracania się rotora siłowni wiatrowej na wskutek oddziaływania siły wiatru, spowodowany jest wytwarzaniem się różnic ciśnienia pomiędzy górną i dolną powierzchnią płata wirnika. Profile płatów zostały tak skonstruowane, by uzyskać dwie powierzchnie o różnych długościach. Wiejący wiatr omiatając obydwie powierzchnie: dłuższą (górna część płata) oraz krótszą (dolna część płata) wytwarza odpowiednio ciśnienie niższe oraz wyższe.

Różnica występujących ciśnień pomiędzy płatem powoduje powstanie ciągu aerodynamicznego skierowanego w stronę ciśnienia niższego (efekt wyrównywania się ciśnień). Powstały ciąg aerodynamiczny dynamicznie oddziałuje z płatem wirnika, który „ustępuje” powstałemu naciskowi obrotem centralnie osadzonego wału.

Różnica ciśnień wytwarza siłę ciągu skierowaną w stronę niższego ciśnienia (łopata zostaje zassana przez obszar o niższym ciśnieniu). W przypadku skrzydeł samolotowych siła ta powoduje poderwanie samolotu z ziemi. Biorąc pod uwagę elektrownię wiatrową, bardziej zależy nam na ruchu obrotowym śmigła, a zminimalizowaniu siły ciągu, która dążyłaby do wyrwania rotora z gondoli. Siła popychająca łopatę do ruchu obrotowego jest wynikiem dążenia do wyrównania ciśnień. Powietrze szybciej przepływa nad górnym płatem niż dolnym wytwarzając siłę popychającą łopatę do ruchu obrotowego.

Uzyskanie energii Turbiny wiatrowe przetwarzają energię kinetyczną wytworzoną podczas ruchu obrotowego na energię użyteczną w postaci energii elektrycznej za pośrednictwem rotora umieszczonego na wale połączonym z generatorem energii elektrycznej. Dalej energia transportowana jest do odbiornika, by na końcu trafić do dystrybutora energii elektrycznej w danej lokalizacji.

Rodzaje turbin wiatrowych: O poziomej osi obrotu: jednopłatowe, dwupłatowe, trójpłatowe, wielopłatowe. z dyfuzorem (DAWT).

O pionowej osi obrotu: Darrieus, V-VAWT, H-VAWT, Savoniusa.

Zalety i wady konstrukcji o poziomej osi obrotu: Zalety: wyższa sprawność od turbin o pionowej osi obrotu, vwzględy wizualne – bardziej estetyczny wygląd.

Wady: ze względu na gabaryty, wymagany jest mechanizm hamujący ze względu na wysoką prędkość obrotową przy silnym wietrze, wymagają mechanizmu naprowadzania na wiatr (najbardziej popularne konstrukcje – nawietrzne).

Zalety i wady konstrukcji o pionowej osi obrotu: Zalety: niemal identyczna praca w zależności od kierunku wiatru - nie wymagają mechanizmu naprowadzania na wiatr, prosta konstrukcja, możliwość łatwego montażu np. na budynkach – brak konieczności stawiania masztu, cichsza praca od siłowni o poziomej osi obrotu, odporność na silne podmuchy wiatru, brak konieczności montowania mechanizmów hamujących, nie generują dużego hałasu oraz mocnych wibracji, niższy koszt instalacji oraz obsługi.

Wady: niższa sprawność, w niektórych przypadkach konieczny układ odpowiedzialny za wystartowanie siłowni ze względu na niski moment obrotowy.

Charakterystyki wybranych rodzajów turbin Turbiny klasyczne Turbiny o pionowej osi obrotu nazywane są turbinami o układzie klasycznym.

Konstrukcja składa się z masztu, wirnika oraz zamocowanych na nim śmigieł.

Zazwyczaj mocowane są 3 łopaty, choć spotyka się konstrukcje o jednym, dwóch lub wielu płatach (tzw. amerykańskie).

Najczęściej spotykane są turbiny trójpłatowe, ze względu na największe uzyski z siły wiatru. Pozostałe rozwiązania też są spotykane, choć bardzo rzadko.

Z tego też powodu konstrukcje trójpłatowe są droższe od pozostałych konstrukcji.

Ze względu na położenie wirnika względem masztu w turbinach o poziomej osi obrotu możemy wyróżnić nawietrzne oraz zawietrzne.

Up-wind: wirniki nawietrzne są najczęściej spotykane, wymagają jednak bardzo sztywnych i wytrzymałych łopat oraz systemu nakierowywania wirnika na wiatr.

Wirnik znajduje się przed masztem.

Down-wind: wirniki zawietrzne, rozwiązanie bardzo rzadko stosowane. Wirnik znajduje się za masztem, jest podatny na podmuchy wiatru, więc nie ma konieczności nastawiania go na wiatr. Rozwiązanie to jest mało popularne ze względu na niższą sprawność konstrukcji.

Turbiny typu DAWT Turbiny typu DAWT (Diffuser Augmented Wind Turbine) są ściśle powiązane z prawem Bernoulliego mówiącego o zachowaniu się gazu w rurze o różnych średnicach wlotu oraz wylotu. Stanowi ono, że przy przejściu przez dyfuzor gaz zwiększa swoją prędkość przepływu. Tradycyjny wirnik o poziomej osi obrotu umieszczony w dyfuzorze (przewężeniu tunelu) pozwoli na wyższą efektywność w porównaniu do tej samej konstrukcji bez wykorzystywania tej właściwości gazów.

W latach 70-tych XX wieku prowadzono badania nad siłowniami wiatrowymi umieszczonymi w dyfuzorach. Odkryto wtedy, że zwężający się wlot powoduje wzrost prędkości wiatru przed wirnikiem. Co więcej, szczelina w dyfuzorze, która znajduje się za wirnikiem pozwala na utworzenie podciśnienia, co w efekcie prowadzi do kolejnego zwiększenia prędkości przepływu powietrza przez urządzenie.

Zaletą tego typu konstrukcji jest możliwość działania nawet przy niewielkim wietrze, którego siła nie przekracza 4 metrów na sekundę.

Turbiny typu Darrieus Zalety: generator oraz przekładnia umieszczone są u podstawy turbiny, co ułatwia dostęp np. w razie potrzeby naprawy lub konserwacji, brak konieczności stawiania masztu, budowania wieży, mechanizm uniwersalny, brak konieczności ustawiania wirnika w kierunku wiatru, bezpieczniejsze dla ptaków oraz nietoperzy ze względu na umiejscowienie przy ziemi, Wady: generator i przekładnia są łatwo dostępne, np. dla wandali, podatność na uszkodzenia mechaniczne z powodu dużych sił odśrodkowych działających na łopaty wirnika (pracuje on z wyższą prędkością niż prędkość wiatru), niemal zerowy moment rozruchowy, konieczność rozpędzenia wirnika,

wymiana głównego łożyska wiąże się z koniecznością demontażu całej konstrukcji, niska efektywność (niska prędkość wiatru nad ziemią).

Turbiny Savoniusa Turbina Savoniusa cechuje się dość prostą budową. Konstrukcja oparta jest na walcu umieszczonym w centralnej części, na którym osadzone są wygięte blachy, które z góry wyglądają jak litera „S”. Turbina działa na zasadzie siły parcia wiatru na łopaty, w mniejszym stopniu wykorzystana jest siła nośna wiatru.

Wydajność turbiny zależy przede wszystkim od wielkości konstrukcji. Ta jednak nie może być zbyt duża, ze względu na niewielką odporność na silne porywy wiatru. Uzyskanie wyższej sprawności wiąże się więc bezpośrednio ze wzmocnieniem całej konstrukcji.

Turbina znajduje szerokie zastosowanie w pompach wodnych.

Zalety: bardzo prosta budowa, duży moment obrotowy, nie wymaga dodatkowego źródła energii do startu, niemal bezgłośna konstrukcja.

Wady: relatywnie niska sprawność, większe uzyski energii w przypadku zainstalowania większej turbiny, co wiąże się z rozbudową całej konstrukcji (wzmocnieniem).

Wady i zalety, kontrowersje dotyczące elektrowni wiatrowych Największą przeszkodą w przypadku inwestycji w dużą siłownię wiatrową jest uzyskanie odpowiednich pozwoleń. Maszt o wysokości 100 metrów w znacznym stopniu wpływa na lokalny ekosystem. Czynniki wypływające na środowisko podczas użytkowania elektrowni wiatrowej: zagospodarowanie gruntu, słabo rozwinięta infrastruktura energetyczna na obszarach wiejskich, hałas generowany przez łopaty wirnika (hałas infradźwiękowy oraz niskoczęstotliwościowy), wibracje, wpływ na zwierzęta (ptaki, nietoperze lub zwierzęta morskie w przypadku instalacji siłowni w zbiorniku wodnym), wpływ na mikroklimat danej lokalizacji, zakłócenia komunikacji elektromagnetycznej, wpływ na działanie radiolokacji, rzadkie awarie i wypadki, wpływ na krajobraz – efekty wizualne, długi okres czekania na odpowiednie pozwolenia, wysokie koszty inwestycji (jednak długi okres eksploatacji siłowni), oddziaływanie na człowieka (na razie bardzo szczątkowe informacje, obecnie temat sporów pomiędzy zwolennikami, a przeciwnikami siłowni wiatrowych).

Elektrownie wiatrowe są ściśle uzależnione od warunków meteorologicznych danej lokalizacji. Z tego powodu, tradycyjna energetyka musi posiadać rezerwy mocy w przypadku awarii siłowni lub niesprzyjających warunków atmosferycznych (np. zbyt mały lub zbyt silny wiatr). Co więcej, w pewnych sytuacjach elektrownia wiatrowa wymaga dodatkowego źródła zasilania – np. w przypadku niedostatecznej siły wiatru do rozpędzenia wirnika lub w przypadku konieczności zatrzymania łopat ze względu na zbyt silny wiatr i ryzyko uszkodzenia konstrukcji. Należy również brać pod uwagę fakt, że elektrownia wiatrowa o wiele efektywniej pracuje w lokalizacji, w której wieje stały, umiarkowany wiatr, aniżeli sporadyczny, lecz bardzo mocny.

Argumentem przemawiającym za elektrowniami wiatrowymi (podobnie jak za innymi, zielonymi inwestycjami) jest konieczność zmniejszenia emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Raporty dotyczące przyszłości energetyki Unii Europejskiej czy całego świata stanowią jasno – energetyka wiatrowa jest jednym z najbardziej konkurencyjnych i efektywnych rozwiązań (tyczy się to głównie elektrowni umiejscowionych na morzu). Drugim z rozwiązań jest energia atomu. Pozostają jednak kontrowersje i problemy dotyczące składowania odpadów radioaktywnych oraz skończonych zapasów pierwiastków promieniotwórczych, przede wszystkim uranu. Pozostaje też kwestia skażeń radioaktywnych, takich jak w przypadku awarii reaktora w Czarnobylu czy uszkodzeniem w reaktora w inny sposób, np. w skutek trzęsienia ziemi (Fukushima, Japonia – 2011 rok).

W kontekście zobowiązań wobec Unii Europejskiej, elektrownie wiatrowe wydają się być najkorzystniejszym rozwiązaniem dla Polski. Mapa wietrzności naszego kraju wygląda podobnie do Niemiec, które są pierwszą potęgą siłowni wiatrowych w Europie oraz trzecią na Świecie. Istnieje jednak wiele przeszkód prawnych związanych z dużymi kosztami inwestycji, problemami z przyłączeniem do sieci elektrycznej siłowni wiatrowych lub farm o mocach powyżej 2 MW oraz pozwoleniami. Ostatnie lata pokazują jednak, że skala problemów sukcesywnie maleje.

Przydomowe elektrownie wiatrowe Temat przydomowych elektrowni wiatrowych to wciąż rzecz nowa i nie wszystkim znana. Prostą konstrukcję wykorzystującą siłę wiatru można zbudować niemal samemu i cieszyć się bezpłatną energią we własnym domu, na działce czy w gospodarstwie. Celem takiego urządzenia jest wsparcie w niewielkim stopniu konwencjonalnych źródeł energii wykorzystywanych do np. ocieplania domu czy zasilania urządzeń elektrycznych.

Koszty budowy oraz eksploatacji przydomowej elektrowni wiatrowej są relatywnie niskie, stąd zwrot kosztów inwestycji zwraca się nawet po trzech latach. Jest to jeden z kroków, które można wykonać celem częściowego uniezależnienia się od lokalnego dostawcy energii.

Minione lata pokazują wzrost zainteresowania przydomowymi elektrowniami wiatrowymi. Stało się tak nie tylko z powodu wzrostu cen energii oraz niższych kosztów urządzeń i instalacji wiatrowych. Jest to powód wprowadzonej w Polsce Dyrektywy Unii Europejskiej nr 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energe-

tycznej budynków. Stanowi ona, że projektanci nowych budynków w dokumentacjach będą musieli uwzględniać zastosowanie instalacji czerpiących energię z odnawialnych źródeł energii.

Etapy doboru elektrowni przydomowej Cel instalacji elektrowni wiatrowej Decyzję o wyborze odpowiedniej elektrowni wiatrowej poprzedza określenie celu jej instalacji. Wytworzoną energię można wykorzystywać na kilka sposobów.

Efektywnym odbiornikiem, a jednocześnie akumulatorem energii jest woda użytkowa gromadzona w zbiorniku. W ten sposób instalacja jest w stanie wykorzystać niemal 100% uzyskanej energii przekazując ją np. poprzez prostą grzałkę elektryczną podgrzewając ciecz.

W przypadku chęci konwertowania energii uzyskanej dzięki siłowni wiatrowej celem uzyskania energii elektrycznej (np. standardowych u nas 230 V, 50 Hz), występują straty energii na skutek magazynowania energii w akumulatorach.

Efektywność elektrowni w zależności od: położenia geograficznego – efektywność elektrowni wiatrowych zależy od poziomu wietrzności w danej lokalizacji, czyli ilości wietrznych dni w roku oraz średniej prędkości wiatru w ciągu dnia, ukształtowania terenu – optymalnymi dla siłowni wiatrowych terenami są te, które nie posiadają w okolicy żadnych konstrukcji, które mogłyby być przeszkodą dla wiatru, wysokości masztu – teoretycznie, im wyżej, tym większy wiatr. W niektórych sytuacjach nawet niewielkie przedłużenie masztu potrafi przynieść dość duży wzrost efektywności urządzenia, warunków meteorologicznych – powszechnie wiadomo, że w różnych porach roku oraz dnia, wiatr wieje w różnym stopniu.

Aby dokładnie określić moc strumienia powietrza, wykonuje się szereg pomiarów.

Wspomnieliśmy wyżej o optymalnych warunkach dla siłowni wiatrowych. Istnieje parametr zwany szorstkością (klasa szorstkości), która określa wpływ przeszkód na zaburzenia przepływu powietrza. Rzeczywiste ukształtowanie powierzchni gruntu, jego pofałdowanie, budowle, drzewa – wszystko to ma wpływ na fluktuacje mas powietrza oraz związane z nimi turbulencje.

Utworzono szereg klas szorstkości pozwalających na porównanie opłacalności inwestycji w poszczególnych lokalizacjach. Określa się na podstawie dokładnych pomiarów lub na podstawie obserwacji (przybliżone wartości).

Przykłady: Klasa 0 – powierzchnia wody, Klasa 0,5 – całkowicie otwarty teren, np. betonowe lotnisko, trawiasta łąka, Klasa 1 – otwarte pola uprawne z niskimi zabudowaniami (pojedynczymi), lekko pofałdowany teren,

Klasa 2 – tereny uprawne z nielicznymi zabudowaniami i 8-metrowymi żywopłotami oddalonymi od siebie o ok. 500 m, Klasa 3 – wioski, małe miasteczka, tereny uprawne z licznymi żywopłotami, las, pofałdowany teren, Klasa 4 – bardzo duże miasta z wysokimi budynkami i drapaczami chmur.

Dobór masztu oraz konstrukcji elektrowni wiatrowej Przydomowe, masztowe elektrownie wiatrowe mogą różnić się od siebie sposobem mocowania. Jednostki mniejsze (zazwyczaj o mocy do 2 kW) ze względu na niewielki ciężar gondoli mogą być mocowane na maszcie z odciągami linowymi.

Zaletą takiego rozwiązania jest łatwa, nieskomplikowana konstrukcja, minusem jest hałas generowany przez wiatr przebiegający między linami oraz wymagana powierzchnia (np. spowodowanie zmniejszenia obszaru uprawnego). Kolejną wadą takiego rozwiązania jest konieczność sprawdzania naciągu lin przynajmniej dwa razy do roku oraz podatność na akty wandalizmu.

Jednostki większe wymagają bardziej stabilnej konstrukcji, stąd konieczność zastosowania masztów wolnostojących. Wykorzystywane są maszty wykonane z pełnego słupa lub z kratownic. Te drugie są tańsze przy zakupie oraz eksploatacji ze względu na zastosowany materiał, transport, montaż oraz konserwację.

Co więcej, są one lżejsze oraz słabo widoczne z dalszych odległości, co może mieć również wpływ na decyzję inwestora (względy wizualne). Pełne konstrukcje są cięższe i bardziej trwałe, wymagają jednak większych nakładów finansowych oraz solidnych fundamentów.

Istnieją też rozwiązania pokrewne o pionowej osi obrotu. W porównaniu do konstrukcji o poziomej osi obrotu są one zazwyczaj dużo mniejsze oraz mniej wydajne. Dedykowane są one budynkom w terenie gęsto zabudowanym i nadają się np. do oświetlenia zewnętrznego posesji.

Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu posiadają mniejszą sprawność ze względu na ich konstrukcję. Łopaty wirnika generują dodatkowo opór: gdy jedna łopata wirnika pchana jest przez wiatr, druga pracuje „pod wiatr”. Istnieją rozwiązania (dyfuzory lub konfuzory), które zmniejszają tę wartość, jednak w ogólnym rozrachunku nie da się jej całkowicie wyeliminować (można wtedy przyjąć, że ma znikomą wartość hamującą, lecz nie jest to pracująca część wirnika).

Przemysłowe elektrownie wiatrowe Najczęściej spotykanym modelem turbiny profesjonalnej jest turbina o trzech aeorodynamicznych łopatach wykonanych z włókien szklanych lub węglowych, osadzona na maszcie o wysokości 50-100 m wykonanym ze stali (tubulama lub rzadziej kratowa). W wielu zaawansowanych projektach turbin wiatrowych stosuje się system zmiany kąta natarcia wiatru na powierzchnię łopaty. Realizuje się to poprzez obrót każdej łopaty wokół własnej osi. Kąt natarcia reguluje się tak, aby był on najbardziej korzystny w danym przedziale prędkości. Zabezpieczeniem siłowni przez zniszczeniem (nadmierną prędkością obrotową) jest system hamulcowy. Automatyczne zatrzymanie siłowni wiatrowej następuje przy prędkości

wiatru od 25 – 30 m/s oraz poniżej 4 m/s. Stosuje się dwa rodzaje hamulców: mechaniczne – najczęściej tarczowe oraz hamulce aerodynamiczne tzn. zmiana kąta ustawienia łopat oraz pozycji turbiny wraz z łopatami. Z racji wielu potencjalnych awarii, które mogłyby stanowić zagrożenie, profesjonalne siłownie wiatrowe muszą być wyposażone w szereg najnowocześniejszych rozwiązań, by nie tylko funkcjonować z najwyższą efektywnością, ale także maksymalnym bezpieczeństwem. Systemy sterowania w obecnie produkowanych turbinach są bardzo rozbudowane. Z tego powodu mówi się o „statku kosmicznym na stumetrowym maszcie” .

W skład systemu wchodzą elementy odpowiedzialne za: automatyczne naprowadzanie wirnika na wiatr w celu maksymalnego wykorzystania energii wiatru, automatyczną, płynną regulacje napięcia i częstotliwości generatora prądu, uruchamianie oraz zatrzymywanie elektrowni, połączenie z zewnętrznymi urządzeniami kontrolnymi (sterowanie automatyczne lub manualne), odkręcanie kabli wiązki energetyczno-sygnałowej, rejestrację i opracowanie statystyki pracy poszczególnych podzespołów elektrowni, rejestrację tzw. „czarnej skrzynki“ dla sytuacji awaryjnych.

Aby uzyskać sterowanie powyższymi parametrami należy dokonać pomiaru wielkości takich jak: prędkość wiatru, kierunek wiatru, prędkość obrotowa wirnika, prędkość obrotowa generatora, kąt skręcenia kabli, temperatura generatora, temperatura przekładni, napięcie generatora i prądy fazowe, moc przekładni, kąt natarcia łopat, krańcówka skręcenia kabli, stycznik główny, stan zużycia hamulców tarczowych, przyciski sterujące, sygnały potwierdzeń, wyłącznik.

Dotacje Wstęp W marcu 2007 r. przywódcy państw europejskich zadecydowali, iż w 2020 r.

20% całej energii wykorzystywanej w Unii Europejskiej ma pochodzić ze źródeł odnawialnych takich jak wiatr czy słońce. Zgodnie z podjętymi zobowiązaniami, w Polsce udział energii odnawialnej w roku 2020 ma wynosić 15%.

Zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w krajach Unii Europejskiej wymaga znacznego wsparcia finansowego z budżetów państw oraz wspólnoty. Strategie opierają się na podwyższenie wykorzystania odnawialnych źródeł energii, redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery oraz ogólnego zmniejszenia zużycia energii. Z tego powodu, w obecnej perspektywie finansowej pojawiła się możliwość bezpośredniego współfinansowania inwestycji dotyczących odnawialnych źródeł energii ze środków unijnych.

Największe wsparcie można uzyskać inwestując w zieloną energię, czyli tzw.

OZE (odnawialne źródła energii). Instalacje wykorzystujące niekonwencjonalne źródła energii nie tylko przyczyniają się do zmniejszenia ingerencji w środowisko, ale także zwiększają bezpieczeństwo energetyczne regionu czy kraju. Analizy dotyczące sektora energetyki odnawialnej w Polsce i Europie potwierdzają duże tempo rozwoju i przewidują dalszy, znaczny wzrost. Niemałe znaczenie odgrywają tutaj fundusze unijne.

Inwestycje w odnawialne źródła energii spotykają się z wieloma trudnościami – koniecznością uzyskania wielu pozwoleń czy długimi badaniami dotyczących opłacalności inwestycji na danym terenie. Szereg instrumentów prawnych Unii Europejskiej pozwala zainteresowanym podmiotom na szybszą i łatwiejszą realizację inwestycji.

Wsparcie na poziomie krajowym Obecnie jesteśmy na etapie określonym na lata 2007-2013. Środki, które zostały przeznaczone na rozwój OZE w tym okresie to ponad 2 miliardy Euro. Końcowym etapem kwalifikowalności inwestycji jest koniec roku 2015.

W ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko (PO IiŚ), działanie 9.4 „Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych” dofinansowane mogą być instalacje wytwarzania energii elektrycznej wykorzystujących energię wiatru, wody (elektrownie wodne do 10 MW) oraz innych odnawialnych źródeł energii.

W ramach IX-go priorytetu PO IiŚ „Infrastruktura Energetyczna Przyjazna Środowisku I Efektywność Energetyczna” realizowane będą następujące działania: Działanie 9.1 pn.: „Wysokosprawne wytwarzanie energii”, której celem działania jest zwiększenie sprawności wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.

Należy pamiętać jednak, że dofinansowaniem objęte zostaną jedyne projekty wykorzystujące taką technologię, która umożliwi nie tylko efektywne wykorzystanie energii elektrycznej i ciepła, ale także przyczyni się do zmniejszenia emisji szkodliwych substancji.

Działanie 9.2 pn.: „Efektywna dystrybucja energii”, której celem jest zmniejszenie strat energii powstających w procesie dystrybucji energii elektrycznej i ciepła. Projekt powinien przyczyniać się do ograniczenia strat sieciowych, a tym samym do oszczędności energii w procesie przesyłu. Można uzyskać dofinansowanie na realizację projektu pod warunkiem, iż obniży on straty energii o co najmniej 30 proc.

Działanie 9.3 pn.: „Termomodernizacja obiektów użyteczności publicznej”.

Działanie ma na celu wsparcie projektów, które przyczynią się do zmniejszenia zużycia energii w obiektach użyteczności publicznej (np. budynki administracji publicznej, wymiaru sprawiedliwości, kultury, kultu religijnego, oświaty, szkolnictwa wyższego, sportowe, nauki, opieki zdrowotnej, opieki społecznej i socjalnej).

Projekty mogą dotyczyć zmniejszenia zapotrzebowania i zużycia energii cieplnej w budynkach użyteczności publicznej. W ramach projektu można ocieplić budynek, jak też wymienić wyposażenie budynku, takie jak drzwi, okna, systemy grzewcze, wentylacyjne czy klimatyzację, a także zakupić urządzenia energooszczędne.

Działanie 9.4 pn.: „Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych”, które wspierać będzie budowę lub zwiększenie mocy jednostek wytwarzania energii elektrycznej, wykorzystujących energię wody w małych elektrowniach wodnych do 10 MW, biogazu i biomasy, wiatru, a także ciepła przy wykorzystaniu energii geotermalnej i słonecznej; Działanie 9.6. pn.: „Sieci ułatwiające odbiór energii ze źródeł odnawialnych”, obejmuje budowę oraz modernizację sieci umożliwiających przydacznie jednostek wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

Ponadto w ramach priorytetu X PO IiŚ Bezpieczeństwo energetyczne, w tym dywersyfikacja źródeł energii wsparcie uzyskać będzie można na projekty inwestycyjne mające na celu rozbudowę przemysłu produkującego na potrzeby sektora odnawialnych źródeł energii, np. producenci instalacji solarnych, siłowni wiatrowych czy elektrowni wodnych itp. (działanie 10.3).

Przykładowe projekty w ramach działania 10.3: Budowa zakładów produkujących urządzenia do wytwarzania: – energii elektrycznej z wiatru, wody w małych elektrowniach wodnych do 10 MW. Jednym z głównych kryteriów wejścia do powyższych działań jest minimalna wartość kosztów kwalifikowanych, która wynosi od 4 mln złotych w przypadku budowy małych elektrowni wodnych do 20 mln PLN w przypadku np. budowy elektrowni wiatrowej. Zgodnie z mapą pomocy regionalnej, przedsiębiorca lokujący swoją inwestycję w województwie małopolskim, śląskim, dolnośląskim, pomorskim, zachodniopomorskim oraz mazowieckim (poza Warszawą) może otrzymać do 40% wsparcia. W pozostałych województwach poziom ten wynosi 50%. Powyższe pułapy mogą zostać zwiększone o 10% w przypadku średniego przed-

siębiorcy oraz 20% w przypadku przedsiębiorcy małego. Ewentualne, dodatkowe ograniczenia maksymalnej wysokości dofinansowania zostaną wprowadzone w momencie ogłoszenia szczegółowych zasad dystrybucji.

Wsparcie na poziomie regionu Inwestycje, których wartość nie przekracza 20 milionów złotych mogą liczyć na dofinansowanie z Regionalnych Programów Operacyjnych (RPO). Każde z szesnastu województw wdraża je osobno na zasadzie konkursów. Szczegółowe informacje na temat np. terminów zgłaszania projektów do konkursów podawane są na stronach internetowych jednostek wdrażających.

RPO są szczególnie atrakcyjne dla mniejszych projektów, które ze względu na proporcjonalnie mniejszą wysokość nie spełniają wymagań PO IŚ. Każde z województw przygotowało działania, w ramach których finansowane mogą być projekty z zakresu OZE. W sumie na ich realizację przeznaczono kwotę ponad 650 mln euro, przy czym w niektórych województwach, jak np. w województwie świętokrzyskim przedmiotem dofinansowania mogą być również projekty niezwiązane bezpośrednio z OZE. Lata 2007-2013 to również możliwość finansowania inwestycji z zakresu odnawialnych źródeł energii z Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich. Działanie 3.2.1 „Podstawowe usługi dla gospodarki i ludności wiejskiej” zakłada możliwość wsparcia projektów w zakresie wytwarzania i dystrybucji energii z OZE w wysokości do 75% kosztów kwalifikowanych, których wartość inwestycji nie przekracza 3 milionów złotych. Programy te mogą zostać zrealizowane na terenach gmin wiejskicj oraz miejsko-wiejskich z wyłączeniem miast o wielkości powyżej 5 tysięcy mieszkańców.

Poza wymienionymi powyżej formami wsparcia istnieje szereg innych możliwości dofinansowania projektów w zakresie OZE. Najważniejsze spośród nich to granty EkoFunduszu oraz preferencyjne pożyczki pochodzące z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Co więcej, szereg banków komercyjnych posiada w swoich ofertach produkty dedykowane inwestycjom związanym z odnawialnymi źródłami energii zarówno dla osób prywatnych, przedsiębiorców oraz jednostek sektora publicznego.

Dotacje na instalacje solarne W związku z założeniami Programu Priorytetowego w sprawie odnawialnych źródeł energii oraz dyrektywy 2009/28/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, od września 2010 do 2014 roku istnieje możliwość uzyskania 45% dotacji na instalacje solarne z kolektorami słonecznymi dla klientów indywidualnych oraz wspólnot mieszkaniowych. Dotacja funkcjonuje na zasadzie umarzanego w 45% kredytu, którego udzielają Banki Spółdzielcze oraz Bank Ochrony Środowiska.

Firma ELSETT w sposób kompleksowy wspiera realizację przedsięwzięć związanych z instalacjami OZE pomagając Klientowi w doborze odpowiednich rozwiązań oraz skompletowaniu odpowiedniej dokumentacji.

Program dopłat do instalacji solarnych 17 czerwca 2010 r. Zarząd NFOŚiGW podpisał z sześcioma bankami umowy, uruchamiające program dopłat do kredytów bankowych na zakup i montaż kolektorów słonecznych. Osobom fizycznym i wspólnotom mieszkaniowym niepodłączonym do sieci ciepłowniczej, poprzez banki, NFOŚiGW proponuje 45% dopłaty do zakupu i montażu kolektorów słonecznych do ogrzewania wody użytkowej. Program został uruchomiony jesienią 2010 roku i zakończy się (po zmianach w lipcu 2012) w roku 2015.

Dla kogo dofinansowanie na kolektory słoneczne?

Program dofinansowania do kolektorów przeznaczony jest dla osób fizycznych i dla wspólnot mieszkaniowych. Nie skorzystają jednak z niego budynki podłączone do sieci ciepłowniczych. Beneficjentami dofinansowania mogą być ponadto rolnicy pod warunkiem, że instalacja solarna wykorzystywana będzie w gospodarstwie domowym, a nie bezpośrednio do działań rolniczych. W przypadku, gdy budynek mieszkalny jest w jakimś stopniu wykorzystywany do działalności rolniczej, koszty kwalifikowane są pomniejszone odpowiednio o wykorzystywany procent powierzchni (granicą jest 50% – w takim wypadku dotacja nie jest możliwa).

Jak duże może być dofinansowanie?

Wysokość dotacji na kolektory to 45% kosztów zakupu i montażu kolektorów słonecznych. Na kwotę składa się sporządzenie projektu budowlano-wykonawczego oraz zakup: kolektora słonecznego nowego zasobnika wodnego, automatyki, aparatury pomiarowej i instalacji, ciepłomierza oraz montażu instalacji.

Jednostkowy koszt kwalifikowany nie może przekroczyć 2250 zł brutto w przeliczeniu na 1 m2 całkowitej powierzchni montowanych kolektorów. Dotacja na instalację solarną połączona jest z udzielanym kredytem bankowym i przeznaczona jest na jego częściową spłatę. Kredyt może być udzielony na wyższą kwotę, ale dofinansowaniem objęta będzie tylko i wyłącznie część dotycząca kosztów kwalifikowanych dotacji.

Co kwalifikuje się do dotacji?

W skład dofinansowania instalacji solarnej zawierają się: koszt projektu budowlano-wykonawczego wykonanego przez uprawnioną do tego firmę lub osobę,

koszt kolektorów słonecznych, zasobnika, przewodów instalacyjnych, automatyki, aparatury pomiarowej, ciepłomierza spełniającego normy PN EN 143 oraz koszt instalacji.

Kredyt z dotacją na kolektory można otrzymać w jednym z 6 banków, które podpisały z NFOŚiGW umowę o współpracy przy realizacji programu. Są to: Bank Ochrony Środowiska S.A., Bank Polskiej Spółdzielczości S.A., Gospodarczy Bank Wielkopolski S.A., Krakowski Bank Spółdzielczy, Warszawski Bank Spółdzielczy, Credit Agricole Bank Polska S.A. Nabór wniosków o dotację NFOŚiGW wraz z wnioskami o kredyt dotyczący odnawialnych źródeł energii prowadzony jest w trybie ciągłym (nie ma określonych terminów czasowych do składania wniosków). Komplet dokumentów należy złożyć w oddziale jednego z powyższych banków.

Dofinansowanie na instalację solarną udzielane jest bezgotówkowo po przedstawieniu przez kredytobiorcę dokumentów potwierdzających odbiór instalacji (protokół odbioru oraz faktury) oraz przeprowadzeniu kontroli przez kredytodawcę, jednak nie później niż na 2 miesiące po złożeniu wniosku przez kredytobiorcę. Środki na dotacje przekazywane są bezpośrednio na konto wykonawcy lub dostawcy dóbr i usług na podstawie wystawionych faktur.

Dlaczego mam zaciągać kredyt?

Dodatkowe formalności bankowe i konieczność wypełnienia i złożenia wszystkich dokumentów nie należą do rzeczy przyjemnych. Każdy z nas chciałby poświęcić na wypisanie i oddanie wniosków jak najmniej czasu.

Z racji promowania inwestycji z zakresu odnawialnych źródeł energii, procedury są przyjazne zarówno kredytodawcy, jak i inwestorowi – w końcu bank również będzie musiał się rozliczyć z udzielonej dotacji. Co więcej, koszt kredytu również został przystosowany do możliwości finansowych gospodarstw domowych – raty są takiej wielkości, by znacząco nie naruszyły domowego budżetu, a ich wysokość powinna odpowiadać zaoszczędzonym kwotom wydawanym na konwencjonalne źródła energii potrzebne do ogrzewania wody użytkowej.

Zarówno banki, jak i firmy zajmujące się instalacjami solarnymi posiadają duże doświadczenie w sprawie dotacji dotyczących odnawialnych źródeł energii. Potrafią one nie tyle przedstawić ideę dofinansowań oraz ich aspekty techniczne, ale także pomogą zgromadzić komplet wymaganych dokumentów i wybrać najkorzystniejszy wariant.

Rozpoczęcie prac nad instalacją powinno rozpocząć się od analizy efektywności inwestycji z punktu widzenia wybranego, odnawialnego źródła energii dla danej lokalizacji (bardzo ważne w przypadku siłowni wiatrowych). Po przeprowadzeniu badań i pozytywnej ocenie efektywności danej inwestycji należy przygotować

komplet dokumentów wskazujących na wykonalność projektu pod względami technicznymi, środowiskowymi, formalno prawnymi oraz finansowymi.

Należy zatem nie tylko przedstawić pozwolenia na budowę, ale także wskazać źródło finansowania.

Dotacje w pigułce Pod pojęciem odnawialnych źródeł energii kryje się wiele bardzo różnych rozwiązań – od pojedynczego kolektora słonecznego lub przydomowej siłowni wiatrowej, po wielomegawatowe farmy wiatrowe czy duże elektrownie wodne.

Znalezienie właściwego źródła wsparcia finansowego dla inwestycji związanej z OZE nie należy do rzeczy łatwych i zależy od kilku czynników: typu beneficjenta (osoba fizyczna / przedsiębiorca / samorząd / jednostki budżetu państwa), rodzaju inwestycji (np. siłownia wiatrowa lub instalacja solarna), wielkości inwestycji.

Pochodzenie źródeł finansowania: źródła krajowe (NFOSiGW, BOŚ, BGK, ARR) lub zagraniczne (Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, fundusze norweskie, program szwajcarski).

Formy finansowania: dotacje, kredyty, pożyczki, dopłaty do oprocentowania lub kapitału kredytu itp.

Szczeble administracyjne dotacji: szczebel centralny (NFOŚiGW, ARiMR), regionalny (WFOŚiGW, Regionalne Programy Operacyjne, Program Rozwoju Obszarów Wiejskich).

Słowniczek Absorber – powłoka kolektora absorbująca (pochłaniająca) energię słoneczną.

Akumulator – rodzaj ogniwa galwanicznego (układ dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie) pozwalającego na wielokrotne użytkowanie i ładowanie prądem elektrycznym.

Analiza wietrzności – opracowanie warunków wietrzności w danej lokalizacji dotyczących masztu siłowni wiatrowej celem obliczenia modelu rozkładu prędkości wiatru na danym obszarze. Jednoroczne pomiary w relacji z pozostałymi czynnikami atmosferycznymi pozwalają na charakteryzację warunków wiatrowych w okresie długoterminowym oraz kalkulację wydajności energetycznej siłowni wiatrowej.

Dyrektywa 2009/28/WE – dyrektywa zakładająca promowanie stosowanie energii ze źródeł odnawialnych, ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery oraz obniżenie ogólnego zużycia energii w krajach członkowskich Unii Europejskiej.

Efekt fotowoltaiczny – jest to zjawisko pojawienia się siły elektromotorycznej w ciele stałym pod wpływem promieniowania słonecznego, tzn. spowodowania pojawienia się przepływu prądu w ciele stałym (dotyczy ogniw fotowoltaicznych).

Elektrolit – ciekła forma stopionej substancji jonowej lub roztwór zdysocjonowanych substancji jonowych, które są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

Elektron – cząstka elementarna, jeden z elementów atomu.

Energetyka słoneczna – dziedzina przemysłu zajmująca się przetwarzaniem energii słonecznej (promieniowania Słońca) w energię użytkową, np. prąd elektryczny lub do ogrzewania zbiorników wodnych.

Energetyka wiatrowa – dziedzina przemysłu zajmująca się przetwarzaniem energii wiatrowej w energię użytkową, np. prąd elektryczny.

Farma wiatrowa – zespół siłowni wiatrowych przyłączonych do sieci elektroenergetycznych wytwarzających energię elektryczną.

Foton – obiekt kwantowy promieniowania elektromagnetycznego pochodzącego ze Słońca, który jest nośnikiem energii wyłapywanej przez ogniwo fotowoltaiczne.

Dzięki strumieniowi fotonów padających na ogniwo możliwe jest przejście nadmiaru elektronów z obszaru n do obszaru p złącza p-n, co równa się płynięciu prądu elektrycznego.

Fotowoltaika (skrót PV) – dziedzina nauki zajmująca się przetwarzaniem energii słonecznej (promieniowania słonecznego) w energię użytkową dzięki wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.

Glikol – stosowany z domieszkami uszlachetniającymi jako ciecz robocza (użytkowa), która ma za zadanie przekazanie ciepła wykorzystując pompę ciepła, charakteryzuje się optymalnymi wartościami temperatury krzepnięcia (w zależności od stęenia glikolu), zabezpiecza układ przed korozją, posiada optymalną lepkość i gęstość, posiada właściwości smarne, jest bez zapachu oraz bezpieczny w użytkowaniu. Szczególnie zalecane są glikole ekologiczne do instalacji odnawialnych źródeł energii (oparte na glikolu propylenowym, który nie jest toksyczny i ulega biodegradacji).

Gondola – element siłowni wiatrowej umieszczony na szczycie masztu; na gondoli zamocowany jest wirnik, a w jej wnętrzu znajduje się cała konstrukcja pozwalająca na zamianę energii obracającego się wirnika w energię elektryczną.

Grupa solarna – kompletna, wstępnie zmontowana, sprawdzona pod względem szczelności jednostka z grupą bezpieczeństwa i przyłączem do naczynia wzbiorczego, termometrem, manometrem z zaworem, pompą solarną, rotametrem, jednostką napełniająco-przepłukującą, umożliwia regulację lub odcięcie przepływu medium roboczego oraz instalację na ścianie w funkcjonalnej izolacji, wykonana jest np. z mosiądzu.

Instalacja solarna – zespół dopasowanych do siebie elementów oraz urządzeń pozwalających na przekształcenie energii słonecznej do wykorzystania przy podgrzewaniu wody użytkowej.

Inwerter – jednostka w instalacjach fotowoltaicznych odpowiadająca za zamianę prądu stałego w prąd zmienny.

Jednostki mocy: 1 kW (kilowat) – 1000 W, 1 MW (megawat) – 1000 kW, 1 GW (gigawat) – 1000 MW Kolektor słoneczny - urządzenie odpowiadające za konwersję energii promieniowania słonecznego na ciepło. Energia słoneczna docierająca do kolektora zamieniana jest na energię cieplną nośnika ciepła (najczęściej glikolu) i transportowana do odbiornika ciepła (np. bojlera z wodą).

Krzem – pierwiastek wykorzystywany do produkcji ogniw fotowoltaicznych. Stosuje się go ze względu na bardzo dużą ilość oraz powszechność (czysty krzem otrzymuje się z SiO2, czyli piasku).

W fotowoltaice stosuje się jego trzy odmiany: monokrystaliczną, polikrystaliczną oraz amorficzną.

Krzem monokrystaliczny – najlepszy i najdroższy materiał stosowany do produkcji ogniw fotowoltaicznych, zrobione z niego ogniwa osiągają w warunkach laboratoryjnych sprawność rzędu 24%, a produkowane masowo do 17%, najbardziej popularną i najstarszą techniką wzrostu monokryształu jest znana metoda Czochralskiego, charakteryzuje się jednorodnym rozmieszczeniem atomów w materiale, co jest idealne dla efektywnego przepływu elektronów.

Krzem polikrystaliczny – składa się z wielu małych kryształów lub ziaren, w zależności od ich wielkości ma strukturę mikrokrystaliczną, polikrystaliczną lub multikrystaliczną, jest częściej stosowany w masowej produkcji ze względu na dużo niższy koszt wytwarzania tego materiału ale cechuje go mniejsza sprawność.

Krzem amorficzny/cienkowarstwowy – ze względu na niską sprawność (ok.

10%) znajduje zastosowanie w budowie paneli fotowoltaicznych w małych urządzeniach (zegarki, kalkulatory), produkcja paneli jest oszczędna i polega na osadzaniu cieńkich warstw krzemu (ok. 2 mikrony) na powierzchni innego materiału.

Mix energetyczny – struktura produkcji i konsumpcji energii w podziale na jej nośniki i sposób wytwarzania.

Naczynie wyrównawcze (wzbiorcze) – element instalacji, którego zadaniem jest przejęcie nadmiaru cieczy solarnej powstałej w instalacji w wyniku ogrzewania.

Napięcie elektryczne – różnica potencjału elektrostatycznego pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne równe jest liczbowo pracy potrzebnej do przemieszczenia jednostkowego ładunku elektrycznego pomiędzy tymi punktami.

Odpowietrznik – służy do usuwania powietrza i innych gazów z obiegu kolektora w solarnych instalacjach grzewczych, nie zaleca się stosowania automatów ze względu na wysokie temperatury glikolu a co za tym idzie - skrócenie żywotności odpowietrznika.

Ogniwo słoneczne – elementy wykonane z półprzewodników, które odpowiedzialne są za zachodzenie efektu fotowoltaicznego, czyli konwersji (zamiany) promieniowania słonecznego w energię elektryczną.

OZE – odnawialne źródła energii, których zasoby są niewyczerpane, np. energia pochodząca ze słońca, z wiatru.

Półprzewodnik – substancja, której przewodnictwo właściwe plasuje się pomiędzy przewodnikami, a izolatorami. Ich właściwości przewodzące mogą być

zmieniane w szerokim zakresie poprzez domieszkowanie, ogrzewanie lub inne czynniki.

Przetwornica – zwana także konwerterem mocy jest urządzeniem elektrycznym pozwalającym na zasilanie określonych odbiorników z układów zasilających, których parametry (np. napięcie) nie pozwalają na bezpośrednie połączenie z odbiornikiem. Przetwornica ma za zadanie tak zmienić wartości prądu oraz napięcia, by zasilanie odpowiadało wymogom odbiornika. Operacja ta wykonywana jest przy tym z jak najmniejszymi stratami mocy (wysoka sprawność konwertera).

Przewodnik elektryczny – substancja dobrze przewodząca prąd elektryczny.

Refraktometr – przyrząd optyczny służący do badania współczynników załamania światła w różnych środowiskach, np. w roztworach glikoli propylenowych i etylenowych pomaga określić ich krzepliwość i odporności na zamarzanie.

Solar Key Mark – to znak jakości dla produktów solarnych potwierdzający zgodność wyrobów z wymaganiami norm europejskich EN 12975 i EN 12976. Składają się na niego testy osiągów i trwałości kolektorów oraz inspekcja linii produkcyjnej, która aby zapewnić stałą jakość wyrobów powtarzana jest co roku.

Kolektory do testów wybierane są losowo z produkcji bezpośrednio przez organ testujący. Certyfikat ten wystawiany jest m.in. przez organizację DIN CERTCO zrzeszoną w ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation).

Sprawność – wielkość wyrażana w ułamku lub procentach, określająca w jakim stopniu dana jednostka przekształca energię z jednej postaci w drugą.

Systemy fotowoltaiczne autonomiczne - samodzielne instalacje pozwalające użytkownikowi na uniezależnienie się od zewnętrznych dostawców energii elektrycznej, wykorzystywane w miejscach, gdzie nieopłacalne lub niemożliwe jest doprowadzenie linii energetycznej oraz przyłączy, np. w trudno dostępnych miejscach lub do zasilania sygnalizacji drogowej czy przekaźników telekomunikacyjnych.

Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z siecią – dzielimy na dwa rodzaje, pierwszy to elektrownie z bardzo dużą ilością paneli fotowoltaicznych przekazujących energię bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, drugi polega na zintegrowaniu systemu z budynkiem, który jest w stanie odebrać całą energię wyprodukowaną przez instalację (energia z sieci elektroenergetycznej pobierana jest w przypadku nadwyżki zapotrzebowania w stosunku do energii pochodzącej z fotowoltaiki).

Szorstkość terenu – klasyfikacja terenów pod względem opłacalności inwestycji w siłownię wiatrową na danym terenie biorąca pod uwagę ukształtowanie terenu

oraz zawirowania powietrza. Skala od 0 do 4, gdzie 0 oznacza powierzchnię wody, a 4 bardzo duże miasta z wysokimi budynkami i drapaczami chmur.

Strefy wietrzności – klasyfikacja obszarów pod względem uzysku energetycznego z wiatru, biorąc pod uwagę między innymi siłę wiatru oraz ilość wietrznych dni w roku. Skala od I do VI, gdzie I oznacza strefę bardzo korzystną, a VI szczytowe partie gór, gdzie siłownie wiatrowe nie mogą być instalowane.

Turbina wiatrowa – urządzenie, którego zadaniem jest przekształcanie energii kinetycznej wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika.

Wat – jednostka mocy w układzie SI oznaczana symbolem W. Wężownica – podstawowy element kolektora płaskiego, zazwyczaj wykonana z miedzi i wypełniona czynnikiem grzewczym, nad nią umieszczona jest, pokryta wysokoselektywną powłoką absorpcyjną płyta, która pochłania energię słoneczną i przekazuje ją do wężownicy.

Wolt – jednostka napięcia elektrycznego używana w układach jednostek oznaczana jako V. Zasobnik biwalentny – zasobnik służący do akumulacji ciepła oraz ogrzewania bieżącej wody użytkowej. Charakteryzuje się dwoma wężownicami, górną oraz dolną.

Zielony certyfikat – świadectwo pochodzenia energii elektrycznej świadczące o wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii w procesie produkcji.

Złącze p-n – układ złożony z dwóch półprzewodników o różnych typach przewodnictwa (p oraz n) wykorzystywany w fotowoltaice, ale także w tranzystorach czy diodach prostowniczych.