Energia za darmo. Niekonwencjonalne źródła energii


Za niekonwencjonalne uznawane są te źródła energii, które nie wykorzystują organicznych paliw kopalnych: węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej, gazu ziemnego i ich pochodnych. Przetwarzają energię rzek, wiatru, biomasy i promieniowania słonecznego. Niekiedy zastosowanie ich w indywidualnych gospodarstwach domowych jest nierealne ze względu na skalę i koszt inwestycji. Jednak urządzenia takie jak kotły na biomasę, pompy ciepła, kolektory i baterie słoneczne czy turbiny wiatrowe z powodzeniem są stosowane w wielu domach jednorodzinnych. I chociaż wciąż jeszcze nie można mówić o ich popularności, to oferta rynkowa tych urządzeń jest spora. Mimo wysokich cen coraz więcej osób decyduje się na tego typu inwestycje, licząc na korzyści wynikające z niskich kosztów ich eksploatacji.


Tanie ciepło i prąd – czy zawsze się opłaca?

Największe zużycie energii w domu wynika z konieczności ogrzewania go zimą i przygotowywania ciepłej wody przez cały rok. Oprócz tego energia jest potrzebna do zasilania coraz większej liczby urządzeń elektrycznych. Jednak dzięki postępowi technicznemu zużywają one coraz mniej prądu. Dlatego zapotrzebowanie na energię niezbędną do funkcjonowania urządzeń grzewczych jest kilkakrotnie większe od zapotrzebowania wszystkich pozostałych urządzeń w domu. Wynika z tego, że w indywidualnych gospodarstwach domowych najbardziej opłacalne jest wykorzystywanie niekonwencjonalnych źródeł ciepła, natomiast domowe minielektrownie znajdują zastosowanie przede wszystkim w miejscach, do których doprowadzenie sieci energetycznej jest bardzo drogie. Coraz częściej baterie słoneczne zasilają pojedyncze urządzenia, takie jak lampy ogrodowe czy kosiarki do trawy. Ceny urządzeń zasilanych energią słoneczną nie są astronomiczne, ale trzeba uważać, żeby nie wydać pieniędzy na gadżet, który w praktyce okaże się mało użyteczny.
Warto mieć świadomość, że niekonwencjonalne źródła energii z prawdziwego zdarzenia, choć coraz bardziej popularne, są jednak wciąż drogimi urządzeniami.

Pompa ciepła

Najpopularniejsza w domach jednorodzinnych sprężarkowa pompa ciepła jest zbudowana z parownika, skraplacza, sprężarki i zaworu rozprężnego. Jej układ jest wypełniony płynem – czynnikiem roboczym. Urządzenie wykorzystuje zjawisko pobierania ciepła w niskiej temperaturze podczas odparowania płynu, a następnie po sprężeniu pary – skraplania z oddawaniem ciepła. Ciepło z dolnego źródła (gruntu, wody, powietrza), odebrane w parowniku przez czynnik roboczy, jest oddawane w skraplaczu do instalacji grzewczej, w której jest zwykle ogrzewana woda, ewentualnie powietrze (w instalacji ogrzewania nadmuchowego). Zasada działania pompy ciepła jest więc taka sama jak lodówki. Różnica polega na tym, że dolnym źródłem dla lodówki jest jej komora chłodnicza, a górnym – otoczenie, natomiast dla pompy ciepła otoczenie jest źródłem dolnym, a górnym instalacja grzewcza.

Co to jest pompa ciepła?

Jest to urządzenie, które odbiera ciepło z otoczenia – gruntu, wody lub powietrza – i przekazuje je do instalacji c.o. i c.w.u., ogrzewając w niej wodę, albo do instalacji wentylacyjnej, ogrzewając powietrze nawiewane do pomieszczeń. Przekazywanie ciepła z zimnego otoczenia do znacznie cieplejszych pomieszczeń jest możliwe dzięki zachodzącym w pompie ciepła procesom termodynamicznym. Do napędu pompy potrzebna jest energia elektryczna. Jednak ilość pobieranej przez nią energii jest kilkakrotnie mniejsza od ilości dostarczanego ciepła.

Rodzaje wymienników gruntowych

Pompy ciepła najczęściej odbierają ciepło z gruntu. Niezbędny jest do tego wymiennik ciepła. Wykonuje się go z długich rur z tworzywa sztucznego lub miedzianych powlekanych tworzywem. Przepływający nimi płyn ogrzewa się od gruntu, który na głębokości 2 m pod powierzchnią ma zawsze dodatnią temperaturę. Zaprojektowanie i wykonanie wymiennika to największy problem przy instalacji pompy ciepła.

Jak działa gruntowa pompa ciepła?

W przypadku pomp ciepła wykorzystujących ciepło z gruntu lub z wody niezbędny jest wymiennik, za którego pośrednictwem ciepło dostarczane będzie do parownika pompy (w małych układach w wymienniku krąży czynnik roboczy pompy, więc rury wymiennika są jednocześnie parownikiem). Jego wykonanie jest najbardziej kłopotliwym etapem instalowania urządzenia, a od jego prawidłowego doboru i wykonania zależy poprawne funkcjonowanie pompy.
Ponieważ rzadko zdarza się sytuacja, że na działce jest dostęp do rzeki, strumienia czy jeziora, najczęściej spotykane są wymienniki gruntowe. Wykonuje się je z rur miedzianych lub z tworzyw sztucznych (PCW, PE, PP lub PB). Jest kilka możliwości ich ułożenia. Najczęściej układa się je poziomo, w jednej lub dwóch płaszczyznach albo w formie spirali.
Stabilna, jednakowa przez cały rok temperatura gruntu występuje na głębokości powyżej 10 m. Jest ona w przybliżeniu równa średniorocznej temperaturze powietrza (w naszych warunkach wynosi około 8°C). Jednak ze względu na wysoki koszt robót poziome wymienniki gruntowe układa się na głębokości tylko 1-2 m, gdzie temperatura zmienia się od 11-17°C w lecie do 0-5°C zimą. Wartość temperatury w dużym stopniu zależy od nasłonecznienia terenu i właściwości fizycznych gleby, dlatego przed wykonaniem wymiennika powinno się ją zbadać, bo zbyt optymistyczne założenie temperatury gruntu wokół wymiennika będzie skutkować niedostateczną wydajnością pompy ciepła.
Najlepsze warunki do pozyskiwania ciepła panują w gruncie mokrym, gliniastym. Gęstość strumienia ciepła, od której zależy efektywność wymiennika gruntowego, wynosi w nim 40-50 W/m², podczas gdy w gruncie suchym tylko 10-30 W/m², czyli nawet pięciokrotnie mniej. Aby moc pompy ciepła wynosiła 15 kW, konieczne jest wykonanie wymiennika o łącznej długości rur wynoszącej około 700 m. W zależności od sposobu ułożenia (jedna lub dwie płaszczyzny, spirala) trzeba na nie przeznaczyć powierzchnię od kilkudziesięciu do kilkuset metrów kwadratowych. Ze względu na opory przepływu długość jednej pętli rury o średnicy 1” może wynosić maksymalnie około 200 m, jeśli zaś rura ma średnicę 1,5”, jej długość może sięgać 350 m.
Jeżeli na działce nie ma dostatecznie dużo miejsca do ułożenia rur w poziomie, wykonuje się wymienniki pionowe. Wymaga to wywiercenia w ziemi kilku otworów o głębokości 20-30 m, odległych od siebie o przynajmniej 5 m, i włożenia do każdego po jednej pętli rury. Jest to zdecydowanie trudniejsze niż ułożenie wymiennika poziomego, gdyż wymaga zatrudnienia wykonawców ze specjalistycznym sprzętem i dlatego kosztuje znacznie więcej. Jest to opłacalne jedynie na działce o bardzo niskim poziomie wód gruntowych, w innych wypadkach wymiennik pionowy wykonuje się tylko wtedy, gdy brakuje miejsca na wymiennik poziomy.

Jak wykorzystać ciepło z wody?

Pozyskiwanie ciepła z wody jest bardziej kłopotliwe. Przede wszystkim trzeba mieć do niej dostęp. W przypadku wód powierzchniowych (rzek, jezior), których temperatura waha się między 0 a 10°C, problemy wynikają z zamarzania parownika, co oznacza unieruchomienie pompy. Poza tym w celu uzyskania niezbędnej ilości ciepła konieczne jest przepompowywanie stosunkowo dużego strumienia wody. Do osiągnięcia mocy 10 kW potrzebny jest przepływ ponad 2 m³/h wody o temperaturze 5°C. Zużycie energii do napędu pompy wymuszającej taki przepływ wpływa niekorzystnie na sprawność układu, podobnie jak zanieczyszczenie wody, które powoduje konieczność stosowania układów filtrujących i wymienników pośrednich. Wszystko to znacznie podnosi koszt inwestycji.
Efektywnym źródłem ciepła jest za to woda gruntowa, która przez cały rok ma temperaturę około 10°C. Aby ją wykorzystać, trzeba wywiercić studnię o wydajności przynajmniej 1,5 m³/h. Pompowana z niej woda będzie oddawać ciepło w parowniku. Następnie trzeba ją odprowadzać do drugiej studni, tak zwanej chłonnej. Jeśli jej chłonność jest niewystarczająca, trzeba wywiercić więcej studni, co oczywiście znacznie podnosi koszt inwestycji. Istotne jest, aby woda nie była zbyt twarda – kamień osadzający się na wymienniku ograniczy wymianę ciepła. Jeżeli woda będzie zawierać dużo żelaza i manganu, szybko zniszczy pompę oraz wymiennik.

Jak działa powietrzna pompa ciepła?

Wykorzystuje powietrze jako dolne źródło. Jest najmniej kłopotliwa do zainstalowania. Nie potrzebuje zewnętrznego wymiennika ciepła. Powietrze zasysane jest do jej wnętrza przez wentylator i bezpośrednio omywa parownik, oddając ciepło czynnikowi roboczemu krążącemu w obiegu wewnętrznym pompy. Powietrze to może pochodzić z zewnątrz (pompa jest wówczas instalowana na dworze), ale jej wydajność jest tym mniejsza, im niższa jest temperatura powietrza. Poniżej -10°C pompa w ogóle nie pracuje. Innym rozwiązaniem jest pompa odzyskująca ciepło z powietrza wywiewanego z pomieszczeń, którego temperatura wynosi na ogół około 20°C. Powietrzna pompa ciepła w naszym klimacie sprawdza się jako urządzenie do podgrzewania wody użytkowej. Do ogrzewania pomieszczeń można ją stosować tylko wraz z drugim źródłem ciepła, które zastąpi ją w czasie dużych mrozów.

Czy nadaje się do każdej instalacji grzewczej?

Efektywność pompy ciepła jest tym większa, im niższa jest temperatura górnego źródła ciepła, a więc wody w instalacji grzewczej. Zatem chcąc maksymalnie obniżyć zużycie energii, trzeba zainwestować w drogą instalację wodnego ogrzewania podłogowego lub ściennego, ewentualnie w ogrzewanie grzejnikowe niskotemperaturowe (z grzejnikami o zwiększonej powierzchni, które są zasilane wodą o temperaturze niższej niż w konwencjonalnej instalacji c.o.). Pompa ciepła zasilająca instalację o parametrach wody 35/30°C może mieć współczynnik efektywności (stosunek ilości energii uzyskanej do dostarczonej) na przykład 4, ale jeśli będzie zasilała instalację o parametrach 60/50°C, współczynnik obniży się do 2,5.

Czy wystarczy do ogrzania domu?

Pompy ciepła, dla których dolnym źródłem jest grunt lub woda, są w stanie całkowicie zaspokoić zapotrzebowanie na ciepło w domu, pod warunkiem że są prawidłowo dobrane i zainstalowane wraz ze wszystkimi pozostałymi elementami instalacji, w szczególności wymiennikiem odbierającym ciepło z dolnego źródła.
Powietrzne pompy ciepła w naszym klimacie nie sprawdzają się jako jedyne źródło ciepła w domu. Stosowane są przede wszystkim do ogrzewania wody użytkowej przy wykorzystaniu ciepła odbieranego z powietrza wentylacyjnego wywiewanego z pomieszczeń. Zastosowanie ich do ogrzewania domu także jest teoretycznie możliwe. Jednak gdy temperatura na zewnątrz spada poniżej -5°C, ogrzewanie powietrzną pompą ciepła przestaje być ekonomiczne, bo ilość uzyskiwanej energii zbliża się do ilości energii dostarczonej do jej napędu.

Czy warto ją mieć?

Pompy ciepła do domów jednorodzinnych kosztują od 10 do ponad 20 tys. zł. Są to urządzenia trwałe, pracujące bezawaryjnie przeciętnie przez kilkanaście lat. Ich konserwacja polega przede wszystkim na wymianie czynnika roboczego co kilka, a nawet kilkanaście lat – w zależności od jego rodzaju.
Za mniej więcej 20 tys. zł można mieć powietrzną pompę ciepła ze zbiornikiem do podgrzewania wody użytkowej, odzyskującą ciepło z powietrza wentylacyjnego. Pompa jest wyposażona w grzałkę elektryczną, dzięki której woda w zbiorniku przez cały rok ma wystarczająco wysoką temperaturę. Takie urządzenie może zasilać także instalację c.o. z grzejnikami lub ogrzewaniem podłogowym. Trzeba jednak mieć świadomość, że przy niskiej temperaturze zewnętrznej, kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest największe, będzie ono dostarczane przede wszystkim przez grzałkę, a więc koszt eksploatacji będzie stosunkowo wysoki. Można go ocenić, znając efektywność pompy ciepła, czyli stosunek mocy uzyskanej do dostarczonej. Średnioroczna efektywność powietrznej pompy ciepła wynosi około 2, co oznacza, że z 1 kWh energii elektrycznej dostarczonej do napędu pompy można uzyskać około 2 kWh ciepła. Zatem koszt jej eksploatacji będzie mniej więcej o połowę niższy niż konwencjonalnego ogrzewania elektrycznego.
W przypadku pomp ciepła gruntowych i pozyskujących ciepło z wody więcej niż sama pompa kosztuje wykonanie instalacji umożliwiającej pobieranie ciepła z dolnego źródła. Całkowita cena systemu wynosi przynajmniej 30 tys. zł, a w najtrudniejszych przypadkach znacznie przekracza 50 tys. zł. Średnioroczna efektywność samej pompy ciepła zasilającej niskotemperaturową instalację c.o. wynosi nawet powyżej 5, ale jeśli uwzględni się sprawność wszystkich elementów systemu oraz zużycie energii na przykład przez pompy obiegowe, może się okazać, że będzie on niższy od 4. Jednak mimo wszystko oznacza to, że koszt energii do zasilania instalacji grzewczej będzie blisko czterokrotnie niższy niż przy konwencjonalnym ogrzewaniu elektrycznym.

Jak są zbudowane kolektory słoneczne?

To urządzenia wykorzystujące energię słoneczną do podgrzewania wody. Najprostszym może być pomalowane na czarno naczynie wystawione na działanie promieni słonecznych. Wypełniająca je woda osiąga temperaturę powyżej 40°C. Jednak długo się nagrzewa i stosunkowo szybko stygnie na skutek dużych strat ciepła. Sprawność urządzenia jest więc bardzo mała.
Zdecydowanie więcej pożytku przynosi zastosowanie bardziej dopracowanych urządzeń zwanych kolektorami płaskimi. Są to najczęściej cienkie miedziane rurki przymocowane do czarnej płyty – absorbera, zakryte szybą ze szkła hartowanego lub z przezroczystego tworzywa. Dzięki szybie (lub szybom ułożonym w dwóch, a nawet trzech warstwach) wewnątrz kolektora występuje efekt szklarniowy. Fale promieniowania słonecznego są przepuszczane przez szybę do wnętrza i ogrzewają tam wszystkie powierzchnie, na które padają. Rozgrzane powierzchnie emitują ciepło w postaci fal o innej długości niż promieniowanie słoneczne, które nie są już przepuszczane przez szyby. W rezultacie temperatura powierzchni absorbera umieszczonego pod szybą może osiągnąć ponad 1100°C. Jednak podczas eksploatacji urządzenia regulacyjne nie dopuszczają do tego, aby czynnik krążący w rurach kolektora rozgrzał się do temperatury wrzenia.
Spotyka się też nieco bardziej skomplikowane rozwiązania mające na celu zwiększenie sprawności urządzeń – kolektory rurowe. W nich rurki z cieczą oraz absorber znajdują się w osobnych szklanych rurach, w których jest wytworzona próżnia. Dzięki temu straty ciepła są mniejsze niż w prostych kolektorach płaskich, więc efektywność urządzenia jest większa. Wewnątrz rur mogą być zamontowane lustra ukierunkowujące promienie słońca na absorber, aby w większym stopniu wykorzystać energię słoneczną.
Jeszcze bardziej zaawansowane technicznie są kolektory z wbudowanymi tak zwanymi rurkami ciepła. Znajdujący się w nich płyn ogrzewa się od absorbera, paruje i unosi się do głowicy kolektora, gdzie jest chłodzony przez przepływającą wodę z instalacji grzewczej. Oddając jej ciepło, ulega jednocześnie skropleniu. Wykorzystanie zjawiska przemiany fazowej umożliwia zwiększenie sprawności kolektorów. Są one wydajniejsze zimą i w pochmurne dni.

Czy wystarczą do ogrzania domu?

W naszym klimacie i naszej szerokości geograficznej niebo jest zachmurzone zbyt często, a dni są zbyt krótkie, aby kolektory mogły być jedynym źródłem ciepła w domu. Ilość ciepła, którą można wówczas pozyskać i zmagazynować, nie wystarczy do ogrzewania domu, ponieważ promieniowanie słońca docierające do kolektorów jest zbyt słabe, aby mogły one funkcjonować.
Kolektorów nie dobiera się tak, aby zapewniały stuprocentowe pokrycie zapotrzebowania na ciepło. Ich powierzchnia musiałaby być wtedy bardzo duża, a koszt instalacji ogromny. Za racjonalne uznaje się instalowanie kolektorów, które pokrywają około 70% zapotrzebowania na ciepło do podgrzewania wody użytkowej i do 30% zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania pomieszczeń.
Zatem kolektory mogą być traktowane jedynie jako dodatkowe źródło ciepła przyczyniające się do obniżenia kosztów ogrzewania.
Z powodzeniem można je stosować do ogrzewania wody użytkowej od wiosny do jesieni, ale w okresie zimowym będą tylko uzupełniały pracę innego urządzenia grzewczego.

Jak działa instalacja z kolektorami słonecznymi

Najczęściej kolektory to płaskie panele, które umieszcza się w najsilniej nasłonecznionych miejscach pozbawionych cienia, zwykle na dachu.
Do ich funkcjonowania niezbędna jest instalacja z zasobnikiem o pojemności kilkuset litrów, w którym będzie magazynowana podgrzewana woda. Ciecz ogrzana w kolektorze (najczęściej roztwór glikolu) przepływa następnie przez wężownicę umieszczoną w zasobniku. Tam oddaje ciepło wypełniającej go wodzie.
Kolektory nie potrzebują żadnego napędu, jedynie pompa wymuszająca przepływ cieczy przez instalację musi być zasilana prądem elektrycznym. Jest to jednak mała pompa obiegowa z silnikiem o mocy kilkudziesięciu watów, jaka znajduje się praktycznie w każdej współczesnej instalacji grzewczej. Możliwe jest też wykonanie układu bez pompy, w którym przepływ czynnika odbywa się grawitacyjnie. Wówczas w zasobniku nie ma wężownicy, a przez kolektory przepływa woda, która później dopływa do kranów.

Jak zwiększyć sprawność kolektorów?

Na sprawność kolektorów słonecznych duży wpływ mają straty ciepła do otoczenia przez obudowę. Zatem sposobem na jej zwiększenie jest zaizolowanie obudowy. Od spodu można to zrobić w stosunkowo prosty sposób, na przykład odporną na wysoką temperaturę wełną mineralną. Trudniej zadbać o izolację od strony, z której padają promienie słoneczne, byłaby bowiem ona dla nich przeszkodą na drodze do absorbera. Możliwe jest tylko zastosowanie izolacji przezroczystej (transparentnej). Produkuje się ją z płyt poliwęglanowych o strukturze plastra miodu lub połączonych ze sobą równoległych cienkich rurek albo ze znacznie droższych aerożeli krzemowych. Jednak na razie są to rozwiązania rzadko spotykane, bo izolacja transparentna jest na tyle droga i mimo wszystko niedoskonała, że jej zastosowanie jest mało opłacalne.
Częściej spotykanym sposobem na ograniczenie strat ciepła jest próżnia, którą wytwarza się w kolektorze wokół absorbera. Kolektory rurowe, w których jest próżnia, mają wyższą sprawność niż płaskie.

Ile ciepła daje słońce?

Promieniowanie cieplne przypadające na metr kwadratowy powierzchni prostopadłej do słońca znajdującej się powyżej atmosfery ziemskiej ma moc 1360 W. Po dotarciu promieniowania do powierzchni Ziemi oczywiście zmniejsza się ona w zależności od zachmurzenia, pory roku i dnia, szerokości geograficznej, kąta padania promieni na płaszczyznę oraz zanieczyszczenia środowiska. Istotnym czynnikiem decydującym o ilości energii docierającej do powierzchni Ziemi jest też zachmurzenie. Dlatego do określenia opłacalności stosowania kolektorów słonecznych niezbędna jest wiedza o tym, przez jak długi okres na danym obszarze można liczyć na bezchmurne niebo. Informuje o tym wielkość zwana usłonecznieniem, które jest sumą bezchmurnych godzin w porze dziennej dla danego obszaru w ciągu roku. Dla Polski wynosi ono średnio 1600 godzin, największa wartość występuje w Gdyni (1672 h), najmniejsza w Katowicach (1234 h). Szacuje się, że ilość ciepła uzyskiwanego z promieniowania słonecznego padającego na 1 m² płaszczyzny poziomej w Polsce wynosi w około 1000 kWh rocznie.

Jak wykonać instalację?

Kolektory muszą być usytuowane pod odpowiednim kątem. Najwięcej energii pochłaniają wtedy, gdy promienie słońca padają na ich powierzchnię pod kątem prostym. Dlatego optymalny kąt pochylenia kolektorów zależy od szerokości geograficznej. W Polsce dla kolektorów mających pracować przez cały rok wynosi on 40°.
Kolektory można kupić także z siłownikami automatycznie ustawiającymi je pod optymalnym kątem – zimą 60°, latem 25°. Dzięki temu ich efektywność jest jeszcze większa.
W instalacji z kolektorami niezbędny jest zasobnik o pojemności kilkuset litrów. Magazynowana w nim woda stanowi akumulator ciepła. Ponieważ kolektory ogrzewają wodę tylko w ciągu dnia, konieczne jest zgromadzenie tak dużego jej zapasu, aby wszyscy domownicy mogli umyć się wieczorem i następnego dnia rano. Istotne jest, aby zasobnik był dobrze zaizolowany, na przykład pianką poliuretanową lub wełną mineralną grubości przynajmniej 50 mm.
Kolejnym ważnym elementem jest pompa obiegowa wymuszająca przepływ czynnika grzewczego przez kolektory. Jej dobór to zadanie projektanta instalacji.
Można zaprojektować układ bez pompy obiegowej, tak zwany grawitacyjny, w którym ruch cieczy jest wywołany zmianą jej gęstości na skutek zmiany temperatury. Instalacja taka jest wprawdzie tańsza, ale jej zastosowanie pociąga za sobą pewne ograniczenia. Przede wszystkim kolektory muszą się znaleźć poniżej zasobnika z wodą, a rury łączące elementy instalacji powinny być krótkie, z jak najmniejszą liczbą załamań. Ze względu na konieczność ograniczenia oporów przepływu układy grawitacyjne pracują zwykle jako bezpośrednie – w zasobniku nie ma wężownicy, a przez kolektory przepływa woda użytkowa (ze studni lub z wodociągu), która następnie płynie do kranów. Ciągły kontakt absorbera z wodą nieuzdatnioną jest przyczyną jego przyspieszonego zniszczenia na skutek zarastania kamieniem. Instalacja tego typu nie może pracować w ujemnej temperaturze ze względu na możliwość zamarznięcia w niej wody.

Jak dobrać kolektory?

Dobór powierzchni kolektorów zależy przede wszystkim od tego, co mają ogrzewać. Najpopularniejsze zastosowanie to podgrzewanie wody użytkowej. Do przygotowywania ciepłej wody na potrzeby czteroosobowej rodziny wystarczy powierzchnia 4-6 m². Jeśli kolektory mają służyć do ogrzewania niedużego domu (150 m²), ich powierzchnia powinna wynosić 45-75 m². Kolektory są bardzo często wykorzystywane do ogrzewania wody w basenie. Ich powierzchnia powinna stanowić 40% powierzchni basenu krytego i 70% powierzchni basenu otwartego.

Czy warto je mieć?

Eksploatacja kolektorów słonecznych jest bardzo tania. Płaci się jedynie za prąd do napędu pompy obiegowej, której silnik ma moc rzędu kilkudziesięciu watów, więc zużywana przez niego energia kosztuje zaledwie kilkadziesiąt złotych rocznie.
Do tego dochodzi opłata za przeglądy okresowe – 100-200 zł rocznie.
Mimo niskich kosztów eksploatacji zakup kolektorów, zwłaszcza tych najbardziej zaawansowanych technologicznie, a więc drogich, nie zamortyzuje się szybko w gospodarstwie domowym, w którym zużywa się przeciętną ilość ciepłej wody. Najprostsze zestawy do przygotowywania ciepłej wody dla dwóch osób można kupić za niecałe 10 tys. zł wraz z montażem. Jednak za zestaw kolektorów o wysokiej sprawności, które oprócz przygotowywania wody mogą być wykorzystywane do ogrzewania pomieszczeń zimą, trzeba zapłacić powyżej 50 tys. zł. Przy dzisiejszych cenach urządzeń i energii inwestycja może nie zwrócić się nigdy, gdyż producenci kolektorów oceniają ich trwałość na dziesięć lat. W tym czasie nie uda się zaoszczędzić aż tyle energii, żeby jej koszt przewyższył cenę zakupu instalacji solarnej.
Jednak ta sytuacja może się niedługo zmienić, ponieważ w ostatnim czasie ceny energii szybko rosną. Zakup kolektorów należy więc traktować jako dobrą inwestycję na przyszłość. Ze względu na to, że wykorzystywanie energii słonecznej w dużym stopniu przyczynia się do ochrony środowiska, należałoby oczekiwać ze strony państwa działań takich jak wprowadzenie ulg podatkowych czy nawet dofinansowywanie zakupu instalacji solarnych. Wtedy ich stosowanie zaczęłoby się wszystkim opłacać.

Do czego służą baterie słoneczne?

To układy fotoogniw zwanych też ogniwami fotowoltaicznymi, które energię promieniowania słonecznego przetwarzają na energię elektryczną. Wykorzystuje się je do zasilania pojedynczych urządzeń, na przyklad kalkulatorów, do zaopatrywania w energię elektryczną budynków i obiektów znacznie oddalonych od sieci energetycznej, a nawet do budowy elektrowni słonecznych o mocy wielu megawatów.
Fotoogniwa to płytki wykonane z półprzewodnika – zwykle krzemu. Pod wpływem padającego na nie światła w ogniwie powstaje napięcie elektryczne, a po podłączeniu odbiornika zaczyna płynąć prąd. Typowe ogniwo ma wymiary 0,1 x 0,1 m i grubość zaledwie 200-400 µm.
Bateria słoneczna składa się z wielu połączonych elektrycznie ogniw tworzących tak zwany panel. W celu uzyskania odpowiednio wysokiego napięcia ogniwa łączy się szeregowo. Aby uzyskać 24 V, trzeba połączyć ze sobą 12 ogniw. Zwiększenie mocy baterii osiąga się dzięki łączeniu ogniw równolegle.
Na rynku są panele różnej wielkości, także zintegrowane z pokryciami dachowymi lub fasadami budynków, a nawet półprzezroczyste moduły, które można montować w oknach. Przed uszkodzeniami mechanicznymi i niekorzystnym wpływem środowiska chroni je szyba ze szkła hartowanego i warstwa laminatu.
Baterie słoneczne zainstalowane na dachu trudno odróżnić od płaskich kolektorów słonecznych.

Czy wystarczą do zasilania domu?

Systemy z panelami instalowanymi na dachach domów mają moc rzędu kilku kilowatów, mogą więc dostarczać energię niezbędną do zasilania wszystkich urządzeń elektrycznych w domu. Jednak w naszej szerokości geograficznej zmiany promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi powodują, że systemy te nie są w stanie w każdych warunkach całkowicie pokrywać zapotrzebowania na energię elektryczną, podobnie jak ma to miejsce w przypadku kolektorów słonecznych. Aby było to możliwe, moc baterii słonecznych musiałaby być wielokrotnie większa, a wówczas cena systemu byłaby bardzo wysoka.
Z tego powodu raczej nie stosuje się go jako jedynego źródła energii elektrycznej dla domu. Na ogół stanowi on część systemu hybrydowego, w którego skład wchodzi jeszcze generator spalinowy i ewentualnie turbina wiatrowa. Taka kombinacja jest już w stanie zapewnić ciągłość zasilania w energię elektryczną.

Jak zbudować elektrownię?

Do efektywnego wykorzystywania energii elektrycznej wytwarzanej z energii słonecznej potrzebny jest system, w którego skład oprócz baterii słonecznych wchodzą akumulatory, regulator sterujący procesem ich ładowania i rozładowania, regulator napięcia, a jeśli zachodzi konieczność zmiany prądu stałego na przemienny, także przetwornica częstotliwości. Jeżeli baterie słoneczne mają zasilać urządzenie, które nie musi działać przez cały czas, można zrezygnować z akumulatora i regulatora kontrolującego proces jego ładowania. Instalacja taka będzie znacznie prostsza i tańsza, ale zasilane urządzenie będzie funkcjonowało tylko wtedy, gdy do ogniw będzie docierać dostatecznie dużo światła.
System taki, zwany fotowoltaicznym, może być niezależny (wolno stojący) lub dołączony do sieci elektroenergetycznej.

Czy warto je mieć?

Mogą one być alternatywą dla sieci energetycznej w miejscach, w których dołączenie do niej byłoby bardzo kosztowne i kłopotliwe. Ich zastosowanie umożliwia uniezależnienie się od dostawców energii, a eksploatacja praktycznie nic nie kosztuje. Z tego względu wydają się interesujące. Cena elektrowni słonecznej jest, niestety, wysoka. Samo ogniwo fotowoltaiczne o mocy 100 W kosztuje około 2,5 tys. zł, zatem koszt domowej elektowni słonecznej o mocy kilku kilowatów to wydatek znacznie przekraczający 100 tys. zł.

Do czego służą turbiny wiatrowe?

Spotyka się je często podczas zagranicznych wojaży, u nas jest ich na razie niewiele. Najbardziej rzucają się w oczy wiatraki przypominające gigantyczne śmigła zamontowane na kilkudziesięciometrowych masztach. Są to urządzenia przeznaczone do produkcji energii elektrycznej. Oprócz ogromnych wiatraków pracujących na potrzeby energetyki profesjonalnej produkowane są także niewielkie turbiny będące minielektrowniami przeznaczonymi do indywidualnych gospodarstw domowych.

Gdzie umieścić turbinę?

Bardzo często umieszcza się ją na dachu domu. Warto wiedzieć, że budynek może wpływać na zwiększenie prędkości wiatru i w związku z tym korzystne może być usytuowanie turbiny obok domu, oczywiście z odpowiedniej strony. Prędkość wiatru zwiększa się w dyfuzorze, który mogą tworzyć sąsiadujące ze sobą budynki. Obszar między nimi może być więc bardzo dobrym miejscem dla turbiny. Znane są też rozwiązania, w których turbina jest umieszczona wewnątrz specjalnego kanału przechodzącego przez budynek, również będącego dyfuzorem.
Turbiny instaluje się na masztach, często mocowanych za pomocą odciągów.
Firmy sprzedające i instalujące turbiny wykonują pomiary nasilenia wiatru, na podstawie których można ocenić opłacalność inwestycji w elektrownię wiatrową oraz ustalić najlepsze dla niej miejsce.
Obracająca się turbina jest źródłem hałasu, ale dopracowane pod względem aerodynamiki urządzenia nie są bardzo głośne. Przed wyborem konkretnego modelu warto się zainteresować, jak bardzo będzie on hałasował, i uwzględnić to przy wyborze dla niego miejsca.


Jak działa?

Zasada działania turbiny wiatrowej jest prosta: wirnik turbiny przekształca energię wiatru w energię mechaniczną, napędzając generator prądu. Problemy z konstrukcją elektrowni wiatrowej wynikają z potrzeby uzyskania wysokiej sprawności urządzenia i umożliwienia jego funkcjonowania w jak najszerszym zakresie prędkości wiatru. Dlatego współczesne wiatraki są bardzo zaawansowane pod względem aerodynamiki.
Turbiny wiatrowe dzielą się na dwa podstawowe rodzaje: z wirnikami o osi poziomej, przypominające śmigła, oraz z wirnikami o osi pionowej. Zaletą tych drugich jest to, że działają niezależnie od kierunku wiatru i są odporne na wiatr o dużej sile. Pierwsze muszą mieć mechanizm powodujący ustawianie ich w odpowiednim kierunku. W małych turbinach odpowiada za to statecznik (chorągiewka kierunkowa). Przy bardzo silnym wietrze, o prędkości znacznie przekraczającej 100 km/h, mogą one ulec zniszczeniu.
Moc uzyskiwana przez przydomowe turbiny wynosi od 100 do 6000 W. Najmniejsze są w stanie dostarczyć około 3 kWh energii na dobę. Ich wirniki wykonywane są z włókna szklanego lub węglowego, nylonu, polipropylenu albo drewna. Mają średnicę od 1 do 4 m.
Ciężar takich urządzeń wynosi od 6 do 200 kg. Minimalna prędkość wiatru, przy której turbina może zacząć produkować prąd, to 2,5-3 m/s, ale do osiągnięcia mocy nominalnej potrzebny jest wiatr o prędkości około 10 m/s.

Czy na turbinę potrzebne jest pozwolenie?

Małe przydomowe turbiny wiatrowe można zainstalować bez ubiegania się o pozwolenie na budowę, jeśli są urządzeniami wolno stojącymi.
Ten warunek spełniają konstrukcje niemające stałego połączenia z gruntem, czyli ustawiane bez fundamentu, na przykład na dachu domu.

Czy warto ją mieć?

Przydomowa elektrownia wiatrowa o mocy kilkuset watów kosztuje od 7 do 15 tys. zł, ale jej eksploatacja jest praktycznie darmowa.
Turbina wiatrowa nie gwarantuje oczywiście stałego zaopatrzenia w energię niezbędną do funkcjonowania wszystkich urządzeń elektrycznych w domu. Może być alternatywą dla sieci energetycznej, na przykład w rzadko wykorzystywanym domku letniskowym, w którym zużycie prądu jest bardzo małe i do którego nieopłacalne byłoby doprowadzenie go z sieci. Zdolność wytwórcza turbin wiatrowych szacowana jest na 25%, to znaczy, że gdy wiatr wieje optymalnie (zgodnie z danymi statystycznymi), można liczyć, że na 100 dni elektrownia wiatrowa będzie wytwarzać prąd przez 25.
Turbinę wiatrową, podobnie jak baterie słoneczne, należy zatem traktować jako element systemu złożonego także z innych źródeł energii (na przykład agregatu prądotwórczego z silnikiem Diesla), przyczyniający się do obniżenia kosztów eksploatacji urządzeń elektrycznych.

Co to jest biomasa?

To drewno, trociny (także w postaci brykietów i peletów), słoma, pozostałości przerobu owoców, odchodów zwierzęcych, odpadów komunalnych i przemysłowych. Takie paliwo kosztuje zdecydowanie mniej niż gaz czy olej opałowy (niektórzy mogą je mieć nawet za darmo), dlatego zainteresowanie kotłami spalającymi biomasę jest w Polsce coraz większe. Mówi się, że przy spalaniu biomasy do atmosfery uwalniane jest tylko tyle dwutlenku węgla, ile spalane rośliny pobrały wcześniej w procesie fotosyntezy.

Jak ją wykorzystać?

Kotły, w których ciepło jest wytwarzane ze spalania biomasy, są coraz popuarniejsze, mimo że ze względu na emitowane do atmosfery spaliny, które zwykle zawierają substancje rakotwórcze, raczej trudno uznać je za źródła ciepła w pełni ekologiczne.
Trzeba jednak przyznać, że producenci dbają o to, aby emisję szkodliwych produktów spalania ograniczyć do minimum. Kotły na biomasę są urządzeniami stosunkowo prostymi, działają podobnie jak popularne kotły na węgiel. Postęp w ich technologii związany jest przede wszystkim z dążeniem do zautomatyzowania procesów załadunku paliwa oraz regulacji i kontroli spalania, a także zwiększenia sprawności i obniżenia emisji substancji szkodliwych dla środowiska. Konieczność zaangażowania się w obsługę tych kotłów – organizowanie, dowóz i załadunek opału oraz pozbywanie się popiołu – jest ich największą wadą.

Do czego służą ogniwa paliwowe?

Stosowane w energetyce, wytwarzają z wodoru i tlenu energię elektryczną i ciepło. Nazywane są też elektrowniami wodorowymi. Te przeznaczone do gospodarstw domowych są zasilane gazem ziemnym, z którego na miejscu wytwarzają wodór. Jego transport – ze względu na ryzyko wybuchu – byłby ryzykowny.
Największą przeszkodą w powszechnym stosowaniu elektrociepłowni wodorowych jest ich wysoka cena wynikająca z kłopotliwej technologii uzyskiwania wodoru niezbędnego do ich pracy. Koszt tego typu elektrociepłowni o mocy kilku kilowatów szacowany jest na mniej więcej 100 tys. zł. Na razie w Polsce trudno znaleźć urządzenia tego typu, ale za naszą zachodnią granicą są one już stosowane.

Jak działa domowe ogniwo?

W blaszanej obudowie przypominającej wyglądem stojący kocioł gazowy z wbudowanym zasobnikiem znajdują się: tak zwany procesor paliwowy (zespół oczyszczania i reformowania gazu), stos ogniw paliwowych, zespół przygotowania wody, wymiennik ciepła, dodatkowy zespół grzewczy (na przykład kocioł kondensacyjny) oraz komputer sterujący.
W procesorze paliwowym gaz ziemny jest najpierw oczyszczany z siarki, która mogłaby uszkodzić ogniwa, a potem poddawany reformowaniu, czyli reakcjom, w wyniku których z cząsteczek gazu oraz tlenu albo wody powstaje dwutlenek węgla i wodór. Następnie w ogniwach paliwowych zachodzi proces elektrochemiczny, w którym w reakcji tlenu z wodorem powstają prąd elektryczny i ciepło, a przy okazji także woda. Napięcie stałe pochodzące z ogniw jest zamieniane w inwerterze na zmienne 230 V/50 Hz. Urządzenia mają moc od 1 do 50 kW i są w stanie zaspokoić zapotrzebowanie indywidualnego gospodarstwa domowego na energię elektryczną i ciepło do ogrzewania domu.
Ze względu na wysoką cenę powinno się je dobierać na moc mniejszą od szczytowego zapotrzebowania. W razie potrzeby uruchamia się gazowy kocioł kondensacyjny, który może być zamontowany w jednej obudowie z ogniwami paliwowymi.

Jak wykorzystuje się energię źródeł geotermalnych?

W Polsce pod powierzchnią ziemi na głębokości od 1,5 do 4 km znajdują się duże zasoby wody o temperaturze od 40 do 100°C (w okręgach: grudziądzko-warszawskim, szczecińsko-łódzkim, przedsudecko-północnoświętokrzyskim, pomorskim, lubelskim, przybałtyckim, podlaskim, przedkarpackim i karpackim). Są to tak zwane wody geotermalne, które stanowią ogromne źródło ciepła, mogą być też wykorzystane do produkcji energii elektrycznej.
Może się wydawać, że wodę o tak wysokiej temperaturze wystarczyłoby po prostu pompować do instalacji centralnego ogrzewania w domu, aby było w nim ciepło przez całą zimę.
Wszystkich mieszkańców wymienionych rejonów od razu uspokajamy: koszty wykonania wierceń i instalacji do pompowania wody z głębokości 2 km liczone są w milionach złotych. Inwestycja taka jest opłacalna, ale w skali miasta, gminy, a przynajmniej dużych osiedli mieszkaniowych. Ze względu na obowiązujące w Polsce opłaty eksploatacyjne, koncesyjne i podatki koszt „darmowej” energii wynosi w zależności od rejonu od 45 do 80 zł za GJ.
Źródła geotermalne eksploatuje się za pomocą instalacji łączącej dwa otwory wiertnicze oddalone od siebie o 1-1,5 km. Jeden służy do czerpania gorącej wody, drugi do odprowadzania wody, która oddała już ciepło do instalacji grzewczej. Moc tego tak zwanego dubletu geotermalnego (czyli dwóch odwiertów – czerpnego i zrzutowego) wynosi od kilku do kilkudziesięciu megawatów.
W Polsce funkcjonuje już kilka ciepłowni geotermalnych. Na najbliższe lata zaplanowano budowę jeszcze kilkunastu. Prowadzone są także prace nad projektami instalacji umożliwiających przekształcenie energii wód geotermalnych w energię elektryczną.

Poznaj swoją przyszłość

Jedna z najlepszych wróżek w Polsce Wróżka Mira Elżbieta Sobczyk odpowiada na pytania na swoim Facebooku  lub przez e-mail. Problemy ze zdrowiem lub w sprawach "miłosnych" ? A może interesują Cię kwestie finansowe?  Sprawdź swoją przyszłość. Jej odpowiedzi pomogły już tysiącom ludzi w Polsce. Można się z nią skontaktować Jej profil na Facebooku lub http://twojawrozka24.pl
Podobne posty