Uniwersytet Technologiczno – Przyrodniczy
Im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy
Wydział: Hodowli i Biologii Zwierząt
Kierunek: Ochrona Środowiska
Anna Płokarz
ASPEKTY EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE SYSTEMU GRZEWCZEGO NA PRZYKŁADZIE KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH W BYDGOSZCZY
Praca magisterska wykonana
w Katedrze Morfologii Zwierząt i Łowiectwa
pod kierunkiem
dr inż. Benedykta Skoczylasa
BYDGOSZCZ 2008
Serdeczne podziękowania
dla dr inż. Benedykta Skoczylasa
za cenne wskazówki i pomoc
podczas pisania pracy magisterskiej
Spis treści
III. Pojęcia podstawowe i jednostki związane z energią słoneczną.
IV. Przegląd konstrukcji kolektorów słonecznych.
1. Kolektory słoneczne do podgrzewania wody.
1.1. Instalacje do podgrzewania wody
2. Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza.
URL:
2.1. Instalacje do podgrzewania powietrza.
VI. Przykład doboru instalacji kolektorów słonecznych
1. Analiza zapotrzebowania energii na cwu
2. Analiza zapotrzebowania energii na co
3. Dobór objętości zasobnika, powierzchni netto, absorbera dla potrzeb cwu
5.1. Koszty inwestycji do podgrzewania cwu
5.2. Koszty instalacji CWU i CO
I.
Wstęp
Analizując zagadnienia dotyczące energetyki, należy rozważyć wszystkie czynniki, nawet te, których wpływ na środowisko wydaje się mało istotny.
Zużycie energii pierwotnej w
sektorze komunalno-bytowym na ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody jest
porównywalne ze zużyciem energii w przemyśle i wynosi obecnie około 42% globalnego zużycia energii pierwotnej, w tym mieszkalnictwo 35%.
Po doliczeniu budynków i lokali użytkowych zużycie energii przekracza 50%. Zależności między wszystkimi kierunkami działalności człowieka nie zawsze mają charakter ilościowy, lecz najczęściej jakościowy. Czynnik, którego znaczenie wydaje się pomijalnie
małe, z czasem powoduje wielkie spustoszenie i trudne do odrobienia straty. Dotyczy to również działalności człowieka w pozyskiwaniu i przetwarzaniu energii. Dotychczasowe efekty tej działalności to pasma sukcesów, którym niestety towarzyszyły podobne
pasma porażek. Największa z nich to degradacja środowiska przez: pyły i kwaśne deszcze (wyniszczanie lasów), emisję szkodliwych składników spalin ( CO, CO
2
, NO
x
- efekt cieplarniany), freony (dziura ozonowa), ścieki (zatrucie rzek), kopalnie
odkrywkowe (obniżenie poziomu wód gruntowych), wybetonowanie rzek (zachwianie równowagi wodnej), odpady radioaktywne (skażenie terenów). Jej następstwem jest całkowite wyginięcie wielu gatunków roślin i zwierząt.
Analiza wyników badań środowiska z ostatnich kilku dziesięcioleci wykazała, że zużycie energii i stan skażenia środowiska produktami spalania można opisać funkcją wykładniczą.
Wprowadzenie naturalnych nieodnawialnych źródeł energii (węgla, ropy i gazu) wystarczy jeszcze na kilka pokoleń, jednak ubocznych produktów poprodukcyjnych, odpadów konsumpcyjnych pochodzenia technicznego i produktów spalania (pyłu, tlenków
azotu, siarki i węgla) środowisko już nie wchłonie i samo już się nie zregeneruje.
Na szczęcie w ostatnich latach pojawiła się nadzieja na poprawę tej sytuacji. Instytucje rządowe i pozarządowe oraz osoby prywatne podjęły próby, jeżeli nie zrekonstruowania stanu pierwotnego, to przynajmniej przeciwdziałania lub zahamowania dalszej
degradacji środowiska.
Batalię rozpoczęto, wykorzystując wszystkie dostępne zdobycze nauki, a wybór właściwych działań zaradczych poprzedziły badania statystyczne, socjologiczne, stymulacje komputerowe i inne. Na podstawie wyników tych badań ustalono wieloetapową i
wszechstronną strategie naprawy.
Akcje propagandowe, zaostrzone przepisy o dopuszczalnej emisji zanieczyszczeń pochodzących ze spalin, zwiększone kary za skażenie środowiska oraz skuteczniejsze ich egzekwowanie przyniosły już pierwsze pozytywne efekty, które są widoczne również w
Polsce. Ilość zanieczyszczeń wprowadzonych do środowiska w roku 1995 w porównaniu z rokiem 1990, znacznie się zmniejszyła i jednocześnie zwiększył się obszar parków narodowych, krajobrazowych, rezerwatów i innych terenów będących pod ochroną.
Ogromny wzrost zużycia energii spowodowały dwa najważniejsze czynniki: rewolucja naukowo-techniczna, której wyznacznikami było m.in. zbudowanie maszyny parowej, odkrycie elektryczności, rozwój motoryzacji, rozwój przemysłu oraz gwałtowny wzrost
liczby ludności na świecie. Szacuje się, że nasza cywilizacja zużyła energie, która odpowiada ok. 500 mld tpu z czego ok. 2/3 przypada na ostatnie stulecie. Bez wprowadzenia środków zaradczych, takich jak oszczędzanie energii, wdrażanie nowych energo-
i materiałooszczędnych technologii, zastępowanie tradycyjnych nośników energii innymi, bardziej przyjaznymi dla środowiska i niekonwencjonalnymi jej formami, trudno będzie zahamować dalszą jego degradację.
Wraz ze zwiększeniem zużycia energii zmieniły się również proporcje jej nośników. Gdy w początkach jej cywilizacji energia była potrzebna jedynie do sporządzania posiłków i ogrzewania, wystarczającym nośnikiem energii było drewno- najbardziej naturalne
paliwo odnawialne. Rozbudowa miast pociągnęła za sobą konieczność poszukania nowego nośnika energii, którym okazał się torf. (Lewandowski, 2007)
W XX wieku dotychczasowe nośniki energii-drewno i torf- okazały się już niewystarczające. W wielu krajach rozwiniętych już na początku XX w. wycięto prawie wszystkie lasy i rozpoczęto wydobycie węgla kamiennego oraz zaczęto importować ropę
naftową i gaz. Paliwa te, a także uran, który jest paliwem w elektrowniach jądrowych, zaliczają się do nieodnawialnych źródeł energii. Zawarta w nich energia chemiczna lub jądrowa jest zamieniana na energię elektryczną, mechaniczną i cieplną, która zasila
różne maszyny i urządzenia wykorzystywane do oświetlania, ogrzewania, komunikacji, w gospodarstwie domowym, rolnictwie, przemyśle, medycynie itd. Obecnie trudno sobie wyobrazić życie współczesnego mieszkańca Ziemi bez możliwości korzystania z
wszystkich tych urządzeń. Jednocześnie coraz szybszy postęp techniczny, reklama i często zmieniająca się moda stymulują permanentną wymianę dóbr konsumpcyjnych na coraz bardziej nowoczesne.
To właśnie przyczyniło się do tego, że zarówno naukowcy, jak i ludzie praktycznie zajmujący się zagadnieniami energii, zainteresowali się poszukiwaniem nowych, niewyczerpalnych i czystych ekologicznie źródeł energii. Takim źródłem jest m.in. energia
promieniowania słonecznego, a najprostszym urządzeniem służącym do jej praktycznego wykorzystania jest kolektor słoneczny. W przeciwieństwie do tradycyjnej energetyki, polegającej na spalaniu kopalin, energia słoneczna jest powszechnie dostępna.
Dlatego najefektywniej może być wykorzystana lokalnie, w sposób zdecentralizowany w miejscu, gdzie występuje zapotrzebowanie na ciepłą wodę lub podgrzane powietrze. Modelem do którego należy zmierzać, są tysiące małych instalacji słonecznych u
prywatnych użytkowników. (Wiśniewski i współ., 2001)
Celem pracy jest przedstawienie, w oparciu o zebrane dane pomiarowe, możliwości wykorzystania energii cieplnego promieniowania słonecznego do celów grzewczych.
II.
Materiały i metody
W pracy wykorzystano dane udostępnione przez kierownictwo Kujawsko – Pomorskiego Centrum Edukacji Ekologicznej w Bydgoszczy. Na podstawie danych z lat 2002-2004 przeprowadzono analizę rozkładu promieniowania słonecznego wyznaczając
średnie dzienne i roczne wartości energii cieplnej.
Praca obejmuje również przegląd stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych, urządzeń wykorzystujących promieniowanie słoneczne, z podkreśleniem urządzeń cieplnych.
Praca zawiera analizę doboru parametrów instalacji cieplnych kolektorów słonecznych, dla potrzeb indywidualnego odbiorcy.
W ujęciu finansowym w pracy przedstawiono aspekt ekonomiczny budowy instalacji, sposoby jej finansowania, oraz co równie istotne wpływ środowiskowy w ujęciu lokalnym.
Przyjętymi metodami badania cieplnych kolektorów słonecznych w Unii Europejskiej są, metoda Szwajcarska i centrum badania w Rapperswil oraz metoda Niemiecka z laboratoriami w Sztudgardzie i Wolfsburgu, badania modelowe. Z uwagi na odmienne
sposoby odbioru ciepła z wymiennika, wyników badań nie należy porównywać. Ocena przydatności kolektora słonecznego badana w/w metodami uwzględnia jego współpracę z urządzeniem odbierającym ciepło. Tego typu badania są bardzo kosztowne.
Badania eksploatacyjne prowadzone w warunkach rzeczywistych wymagają dostatecznie dużo czasu i są pracochłonne. W Polsce nie ma laboratoriów prowadzących profesjonalne badania wydajności kolektorów słonecznych. Prowadzone są natomiast w
wielu ośrodkach akademickich badania porównawcze. Badania te polegają na równoległym testowaniu kolektora z certyfikatem oraz urządzenia testowanego. Badania takie prowadzone są w jednakowych warunkach atmosferycznych.
W pracy przyjęto, do oceny przydatności energetycznej kolektorów słonecznych, wyniki pomiarów zabrane w latach 2002-2004 z istniejącej instalacji. Innymi słowy posłużono się metodą eksploatacyjną. Instalacja wyposażona jest w urządzenie rejestrujące,
pracujące w systemie MES. Urządzenie rejestruje temperatury i wielkości przepływu czynnika dla zespołu kotła olejowego i systemu solar z zasobnikiem buforowym. Urządzenie przelicza, wyświetla i zapamiętuje okresowe ilości energii pozyskanej przez układ
kolektora słonecznego podane w kWh. Z uwagi na zróżnicowany rozkład promieniowania słonecznego na terenie Polski, trudno porównywać wyniki z zebranymi w innych ośrodkach. Przeprowadzona ocena pozwala określić przydatność podobnych instalacji
na danym terenie.
Wpływ wyboru na wartości użytkowe .
Producenci systemów wykorzystania cieplnej energii słonecznej, podkreślają wagę właściwego doboru wielkości elementów składowych. Do pracy inżyniera projektanta oprócz wyliczenia i doboru wielkości hydraulicznych należy uwzględnienie
zapotrzebowania na ciepło. Projektując instalację montowaną w naszej szerokości geograficznej przyjmujemy 71 +/- 5% litrów zasobnika wodnego na każdy m
2
kolektora słonecznego. Oczywiście jako kolektor słoneczny uważa się urządzenie spełniające
minimalne wymagania określone w metodzie szwajcarskiej lub niemieckiej i potwierdzonej certyfikatem. Wielkość zasobnika wynika z wielości zapotrzebowania na ciepła wodą lub zapotrzebowania na ciepła wodę i centralne ogrzewanie. Dla ciepłej wody
należy przyjmować wartość 60-80 litrów na osobę, w przypadku centralnego ogrzewania projektant uwzględnia zapotrzebowanie energetyczne budynku określone w projekcie budowlanym.
URL:
Prawidłowo zaprojektowana i wykonana instalacja pozwala optymalnie wykorzystać dostępną energie słoneczną. Zapobiega przegrzewaniu instalacji w okresie nadmiaru promieniowania słonecznego i zapewnia minimalny komfort w czasie jego niedoboru.
Kryteria wyboru rozwiązań technicznych
Z punktu widzenia inwestora ubiegającego się o dofinansowanie z funduszy przeznaczonych na ochronę środowiska, istotne i wymagane jest posiadanie certyfikatu przez urządzenia. Certyfikaty wystawiają instytuty prowadzące badania modelowe.
Podstawowym parametrem określonym w badaniu jest „minimalny wymagany uzysk z kolektora, przy 40% nasłonecznieniu” podawany w [kWh/m
2
a]. Badanie określa również inne ważne czynniki jak: kąt odchylenia, strata własna, współczynnik absorpcji i
emisji, maksymalną temperaturę pracy i dopuszczalne ciśnienie. Certyfikat wymagany jest również od inwestorów indywidualnych ubiegających się o preferencyjny kredyt z Banku Ochrony Środowiska. BOŚ wymaga dodatkowo atestów na pozostałe elementy
instalacji kolektorów słonecznych. (Należy pamiętać, że towary wprowadzone do obrotu na rynek wymagają certyfikatu zgodności CE).
Jednym z funkcjonujących nadal rozwiązań, jest budowa kolektorów słonecznych we własnym zakresie „metodą garażową”. Urządzenie takie działają, dając wiele satysfakcji ich budowniczym. Należy pamiętać aby urządzania tego typu spełniały normy
bezpieczeństwa, szczególnie dotyczące zabezpieczenia ciśnieniowego.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami budowlanymi zamontowanie instalacji kolektorów słonecznych nie wymaga pozwolenia na budowę natomiast inwestor zobowiązany jest do powiadomienia właściwego organu administracji państwowej na poziomie
powiatu.
Opis analizowanej instalacji po podgrzewania wody.
Instalacja zbudowana została jesienią 2001 roku na potrzeby Kujawsko – Pomorskiego Centrum Edukacji Ekologicznej.
Elementami składowymi instalacji na etapie budowy były:
-
zestaw kolektorów słonecznych typu PCP 21 Star Azzurro,
-
zasobnik (bufor) OPTIMA 1000T ,
-
urządzenie kontrolno pomiarowe z możliwością rejestracji,
-
oraz kocioł zasilany olejem opałowym.
Instalacja została zabudowana w ten sposób, aby w pierwszej kolejności zabezpieczyć zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla Ośrodka. Ewentualne niedobory energii podgrzewania wody uzupełniane są z kotła olejowego.
Rys. 1. Ideowy schemat instalacji w Kujawsko-Pomorskim Centrum Edukacji Ekologicznej (Cennik 1999 Paradigma)
Fot. 1. Cztery kolektory CPC 21 umieszczone na południowej połaci dachu Wojewódzkiego Centrum Edukacji Ekologiczne (fot. Płokarz A.).
Fot. 2. Zasobnik buforowy OPTIMA 1000T. Zasobnik ustawiony jest w pomieszczeniu piwnicznym Wojewódzkiego Centrum Edukacji Ekologiczne (fot. Płokarz A.).
URL:
Fot. 3. przedstawia fragment instalacji cieplnej wewnątrz kotłowni. Przewody cieplne połączone są bezpośrednio z zasobnikiem. Zasobnik buforowy znajduje się za ścianą.
(fot. Płokarz A.).
Fot. 4. przedstawia urządzenie rejestrujące i nadzorujące pracą instalacji kolektorów słonecznych oraz kotłowni. (fot. Płokarz A.)
Wielkości użytkowe instalacji kolektorów słonecznych
Kolektor CPC 21 Star Azzurro
liczba rur próżniowych
(rury połączone w układzie szeregowo równoległym) 21
uzysk energii przez kolektor (zgodnie z certyfikatem) 525 kWh/m
2
a
powierzchnia brutto 3,8m
2
powierzchnia czynna (netto) 3,3m
3
ciężar 63kg
Zasobnik wody (bufor) OPTIMA 1000T
Pojemność 1000 dm
3
Wysokość z izolacją 2140 mm
Średnica z izolacją 1100 mm
Strata własna 2,6 kWh/dzień
Zestaw składa się czterech kolektorów CPC21 o łącznej powierzchni czynnej 13,2 [m
2
]
W dalszej części pracy przyjmuję powierzchnię netto 13,2m
2
mnożoną przez gwarantowany uzysk energii cieplnej 525 [kWh/m
2
a].
III.
Pojęcia podstawowe i jednostki związane z energią słoneczną.
Nasłonecznienie - energia słoneczna - ilość energii promieniowania słonecznego padającego na jednostkę powierzchni Ziemi w przedziale czasu [kwh/m
2
a].
Ze względu na sposób wykorzystania energii promieniowania słonecznego najistotniejszymi parametrami jest roczna wartości nasłonecznienia - H [kWh/m
2
], wyrażającej ilość energii słonecznej padającej na jednostkę powierzchni określonym czasie.
Wartości nasłonecznienia w dłuższym okresie czasu są szczególnie przydatne do analizy ekonomicznych zastosowań kolektorów słonecznych w procesach roboczych.
W wielu przypadkach do wyrażenia wartości nasłonecznienia w czasie godziny, dnia, miesiąca lub roku stosuje się jako jednostkę [kWh/m
2
] natomiast dane z Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej są podawane w [MJ/m
2
] (1MJ = 3,6 kWh), w
starszych opracowaniach można znaleźć także w [cal/cm
2
].
Usłonecznienie [h] - jest to sumaryczny czas, w jakim w danym miejscu do powierzchni Ziemi dochodzi promieniowanie słoneczne bezpośrednie, tzn. kiedy Słońce znajduje się nad horyzontem i nie jest zasłonięte przez chmury, mgłę, dym itp. jest ono
wyrażone w godzinach na przestrzeni roku. Roczne sumy nasłonecznienia w Polsce są zawarte w przedziale 1200-1700[h].
Absorbcja [%] jest to wielkość określająca zdolność do zaabsorbowania promieniowania słonecznego, wyrażona w procentach jego całości docierającej do 1 m
2
URL:
Emisja własna [%] określa ilość promieniowania wyemitowanego przez absorber jako procent promieniowania pochłoniętego. Emisja własna jest jednym z czynników określających stratę kolektora.
Emisja [kg] ilość emitowanego dwutlenku węgla przypadająca na wyprodukowanie jednej kWh energii.
Natężenie całkowite promieniowania słonecznego [I] (wartość chwilowa), wyrażone w [W/m
2
]. W energię użyteczną można przetworzyć tylko części energii słonecznej, której natężenie promieniowania w określonym czasie przekracza właściwą dla tego
urządzenia i danych warunków meteorologicznych wartość progową I’min.
W obliczeniach przybliżonych, które mają praktyczne znaczenie w grzewczych instalacjach słonecznych i kolektorach słonecznych przyjmuje się minimalną wartość całkowitego natężenia promieniowania słonecznego równą Imin=100W/m
2
.
Promieniowanie bezpośrednie [I
b
, H
b
] - jest to krótkofalowe promieniowanie o kierunku rozchodzenia się promieni w linii prostej od Słońca do powierzchni czynnej kolektora.
Promieniowanie rozproszone [I
d
,H
d
]- jest to promieniowanie długofalowe. Powstaje w wyniku załamania, odbicia i częściowego pochłaniania promieniowania bezpośredniego w atmosferze ziemskiej.
Promieniowanie odbite jest to część promieniowania odbitego od powierzchni Ziemi i obiektów w pobliżu absorbera kolektora słonecznego, tzw. albedo. Jest to również promieniowanie rozproszone, którego wielkość zależy od promieniowania całkowitego
I
h
=I
d
=I
b
(rozproszonego i bezpośredniego) oraz współczynnika odbicia, odpowiadającego różnym powierzchniom i przedmiotom w pobliżu kolektora.
Energia [kwh]
Zapotrzebowanie energetyczne budynku. Ilość energii jaką zużyje m
2
budynku w ciągu roku. [kWh/m
2
/a]
Zapotrzebowanie na energie [kWh/a].
Sprawność kolektora słonecznego [η]- określa się z zależności:
Sprawność = Wyjście (energia użyteczna)/Wejście (energia promieniowania słonecznego)
Koszt jednostkowy [PLN/kWh] cena jednostki energii.
Czas zwrotu Tz [a] okres po jakim nakłady inwestycyjne poniesione na budowę, lub budowę instalacji zostaną skompensowane oszczędnościami.
Współczynnik odchylenia [%] określa wielkość absorpcji przy zmianie kąta padania promieni słonecznych. Podawany jest dla 50* odchylenia od płaszczyzny kolektora V i H
Wartość opałowa [kWh/kg] (Wiśniewski i współ.,2001)
IV.
Przegląd konstrukcji kolektorów słonecznych.
1.
Kolektory słoneczne do podgrzewania wody.
Kolektor słoneczny do podgrzewania wody jest zazwyczaj samodzielnym elementem niezależnym od budynku, w którym jest stosowany.(energia pochłonięta jest oddawana w postaci ciepła strumieniowi wody lub roztworu wodnego)
Ze względu na wymagania materiałowe i technologiczne takie kolektory są produkowane systemem przemysłowym przez wyspecjalizowane przedsiębiorstwa.
Pod względem konstrukcyjnym, z uwagi na budowę absorbera, rozróżnia się dwa typy kolektorów:
- wykonywane z blachy, z przymocowaną wężownicą, przez którą przepływa czynnik roboczy (kolektory rurkowe),
- złożone z dwóch tłoczonych blach połączonych przez zgrzewanie, klejenie lub nawalcowanie ze sobą w ten sposób, że między nimi wtłoczony zostaje układ kanałów, przez który przepływa czynnik roboczy (kolektory płytowe).
Wśród seryjnie produkowanych kolektorów oddzielną grupę stanowią kolektory z absorberami z tworzyw sztucznych w postaci registrów z rurek ułożonych gęsto obok siebie lub płyt wykonywanych metodą zgrzewania, wytłaczania lub wtrysku.
W celu uniknięcia strat ciepła podczas konwekcji między absorberem a pokryciem stosuje się w niektórych rozwiązaniach kolektorów wodnych izolację transparentną. Kolektory z absorberami z powłoką selektywną charakteryzują się wysoką sprawnością
cieplną, w nich czynnik może być podgrzewany powyżej temp.120°C.
W kolektorach próżniowo-rurowych zachodzą odmienne warunki absorpcji promieniowania słonecznego. Minimalizacja strat ciepła jest spowodowana pracą absorbera w warunkach zbliżonych do próżni, która jest najlepszym znanym izolatorem termicznym.
Kolektory tego typu mają największą sprawność cieplną i zarazem najwyższą cenę. (Wiśniewski i współ., 2001)
1.1.
Instalacje do podgrzewania wody
Możliwości zastosowania cieplej wody z kolektorów słonecznych.
Zapotrzebowanie na ciepłą wodę z kolektorów słonecznych istnieje w wielu sektorach gospodarki. W sposób najprostszy energię słoneczną można w Polsce zastosować do podgrzewania:
a)
Ciepłej wody użytkowej w domach mieszkalnych, domkach kampingowach, letniskowych, w obiektach sportowych i rekreacyjnych. Zapotrzebowanie na ciepłą wodę o temp. 45°C w budynkach mieszkalnych w Polsce wynosi 40-100
l/dobę na jednego mieszkańca.
b)
Wody w budynkach inwentarskich i paszarniach, do pojenia zwierząt, przygotowania pasz i do celów pielęgnacyjnych. W budynkach inwentarskich zapotrzebowanie na wodę o temp. 70°C wynosi 2-10 l/dobę na jedno stanowisko.
c)
Wody w zbiornikach wodnych hodowli ryb. Optymalna temperatura wody do wzrostu ryb w zbiornikach hodowlanych wynosi 20-28°C. Podgrzewanie wody kolektorami słonecznymi powoduje szybszy przyrost masy ryb i skrócenie
cyklu hodowlanego z 3 do 2 lat.
d)
Wody przeznaczonej do podlewania roślin w produkcji ogrodniczej pod osłonami. Optymalna temp. wody do podlewania wynosi 17-25°C, przy zapotrzebowaniu w okresie wiosenno-letnim 10-12 l/dobę/1m
2
powierzchni uprawnej. W
porównaniu do podlewania zimną wodą ze studni o temp. 7-10°C, podlewanie wodą podgrzaną wpływa korzystnie na tempo rozwoju i plonowanie uprawianych roślin.
e)
Wody w basenach kąpielowych otwartych i krytych do temp. 20-25°C. W przypadku basenów otwartych podgrzewanie wody kolektorami słonecznymi umożliwia przedłużenie sezonu kąpielowego o ok. 2 miesiące. W basenach krytych
ogranicza zużycie energii na podgrzanie wody kąpielowej i wody do natrysków.
f)
Wody technologicznej w małych zakładach przetwórstwa rolno-spożywczego. Duże ilości wody o temp. 60°C są zużywane do mycia aparatury w mleczarniach, zakładach przetwórstwa owocowo-warzywnego, zakładach mięsnych i in.
(Wiśniewski i współ., 2001)
2.
Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza.
URL:
W powietrznych kolektorach słonecznych energia pochłonięta przez absorber jest oddawana w postaci ciepła strumieniowi przepływającego powietrza w odpowiednio ukształtowanym kanale kolektora. Ze względu na to, że powietrze jako czynnik odbierający
ciepło jest mniej agresywne i mniej niebezpieczne w przypadku nieszczelności niż woda lub inne ciecze stosowane w kolektorach wodnych, wymagania techniczne i materiałowe są w tym przypadku niższe.
Podobnie jak kolektory wodne mają kształt niezależnych modułów skrzynkowych, ale mogą tez być budowane jako elementy pokryć ścian i dachów. (Wiśniewski i współ., 2001)
2.1.
Instalacje do podgrzewania powietrza.
Zastosowanie powietrznych kolektorów słonecznych.
Rys. 2. Instalacja – kolektory słoneczne powietrzne – suszarka
(Natkaniec, Laszuk, 2007)
Słoneczne kolektory powietrzne najefektywniejsze zastosowanie znajdują tam, gdzie istnieje duże zapotrzebowanie na ciepłe powietrze o temp. Ok.15-50°C. Procesy, które wymagają niskotemperaturowego podgrzewania powietrza to:
a)
Suszenie płodów rolnych. Wielu płodów rolnych nie można suszyć w temp. przekraczających 40-45°C. Aby nie obniżyć ich wartości i jakości biologicznej, stosuje się niskotemperaturowy proces suszenia w temp.30-45°C. Ponadto
materiały, które suszy się również w wyższych temperaturach można z powodzeniem wysuszyć w sposób mniej kosztowny i energochłonny podgrzanym powietrzem z kolektorów słonecznych. Używa się do tych procesów suszarni
podłogowo-rusztowych i kanałowych, wyposażonych w wentylatory suszarnicze, wymuszające przepływ powietrza przez kolektor słoneczny i warstwę materiału suszonego. Przyrosty temp. dla powietrza po
przejściu przez kolektor wynoszą 5-15°C.
Fot. 5. Suszenie płodów rolnych. (Natkaniec, Laszuk, 2007)
b)
Regulacja mikroklimatu w przechowalniach płodów rolnych. Najważniejsze parametry mikroklimatu w przechowalni to wilgotność i temperatura powietrza. Są one związane ze sobą i wynoszą: wilgotność 65-95%,
temp. 0-20°C, a zależą płodów rolnych i fazy ich przetrzymywania. Najwyższa temperatura jest potrzebna przy wstępnym podsuszaniu i przechowywaniu cebuli i cebulek innych roślin w przechowalni. Temperatury 15-18% są konieczne podczas
podkiełkowywania bulw ziemniaczanych, cebulek, podczas dojrzewania owoców cytrusowych itp. Optymalne warunki przechowywania najłatwiej uzyskać, stosując systemy składające się z kolektorów słonecznych i pomp ciepła.
c)
Ogrzewanie pomieszczeń inwentarskich. Do prawidłowego wzrostu zwierząt w budynkach inwentarskich potrzebna jest temp. 8-20°C. Biorąc pod uwagę koncentrację zwierząt, wpływ samoogrzewania i w konsekwencji stosunkowo małe
zapotrzebowanie na ciepło, wykorzystanie z kolektorów słonecznych do ogrzewania budynków inwentarskich może przynosić bardzo dobre efekty. Systemy grzewcze w tym przypadku są wyposażane w kolektory, kanały
wprowadzające ciepło oraz zazwyczaj akumulatory ciepła. Ogrzewanie odbywa się metodą nawiewu podgrzanego powietrza.
d)
Ogrzewanie hal i magazynów. O możliwości łatwego zastosowania kolektorów słonecznych decyduje w tym przypadku stosunkowo niska temperatura w nich panująca 8-16°C. Kolektory słoneczne w tym przypadku współpracują z
systemem wentylacji magazynów.
e)
Podgrzewanie szklarni i tuneli foliowych. Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego do podgrzewania szklarni i tuneli foliowych ma szczególne znaczenie w okresie wiosennym, w miesiącach marzec-maj, oraz nieco mniejsze w
okresie jesiennym, wrzesień-październik. W tych okresach gęstość strumienia energii promieniowania słonecznego jest duża, w godzinach nocnych natomiast występują spadki temperatury, które mogą być niebezpieczne dla roślin.
Zadaniem kolektora słonecznego jest przekazanie ciepła zaabsorbowanego w ciągu dnia do magazynu oddającego je do szklarni lub tunelu w ciągu nocy. Magazynem ciepła jest najczęściej grunt, w którym jest ułożony system rur z
tworzyw sztucznych. Podgrzewanie gruntu sprzyja utrzymywaniu temperatury powietrza w ciągu nocy powyżej niebezpiecznej, a ponadto umożliwia prawidłowy rozwój systemu korzeniowego uprawianych roślin, przyśpiesza wegetację i
zwiększa plony.
f)
Ogrzewanie budynków mieszkalnych. W tym przypadku zastosowanie kolektorów słonecznych wymaga rozwiązania dodatkowych problemów. Największe zapotrzebowanie na ciepło występuje przy najniższych temperaturach w okresie
zimowym, gdy wewnątrz budynku mieszkalnego temperatura powietrza powinna wynosić 18-25°C. Chociaż nawet przy małym nasłonecznieniu zimą jest możliwe uzyskanie temperatury powietrza z kolektorów słonecznych ok. 25-30°C,
to jednak do ogrzewania domku jednorodzinnego konieczna jest współpraca kolektora z tradycyjnym systemem grzewczym lub pompa ciepła. Wykorzystuje się w tym przypadku niskotemperaturowe systemy ogrzewania podłogowego
lub specjalnie zbudowane kanały w ścianach budynku.
g)
Suszenie drewna i materiałów budowlanych. Suszenie drewna z wykorzystaniem kolektorów słonecznych odbywa się najczęściej w standardowych suszarniach komorowych o działaniu cykliczny, lub ciągłym, gdzie kolektor słoneczny jest
dodatkowym źródłem ciepła. Rzadziej stosuje się specjalne suszarnie słoneczne. W tym ostatnim przypadku na świecie są rozpowszechnione suszarnie w postaci tuneli foliowych z kolektorem słonecznym wolno stojącym na zewnątrz. Aby
wysuszyć tarcicę od 60% wilgotności do 10% w suszarniach przepływowych, stosuje się przeciętnie powietrze o wilgotności 80-30% i temp 40-90°C. Jeżeli źródłem ciepła jest sam kolektor słoneczny, temperatury powietrza są niższe, a
proces suszenia, zależnie od wilgotności początkowej i rodzaju tarcicy, wydłuża się z 20-100h, do 1-10 tygodni. Kolektory słoneczne można też wykorzystywać przy suszeniu innych materiałów budowlanych, np. płyt gipsowych i tzw.
trocino-gipsów. W mniejszej skali powietrzne kolektory słoneczne można zastosować do suszenia drewna opałowego składowanego w komórkach lub stodołach w gospodarstwach. (Wiśniewski i współ., 2001)
3.
Ogniwa fotowoltaiczne.
Budowa ogniw słonecznych-od 1941 do chwili obecnej konstrukcja ogniw jest ciągle udoskonalana. Współczesne ogniwa słoneczne składają się z następujących warstw: metalicznego podłoża (folia Al), dwutlenku krzemu, spolaryzowanej dodatnio warstwy
półprzewodnika typu N, metalowych elektrod zbiorczych, dwutlenku krzemu i warstwy przeciwodblaskowej. Powierzchnie są grawerowane laserowo w celu zapewnienia ich odpowiedniej faktury. Poszczególne warstwy są napylane dyfuzyjnie i trawione na
przemian. Domieszki są wprowadzone, również przez dyfuzję, na odpowiednią głębokość kryształu krzemu. (Lewandowski, 2007)
Ogniwo fotowoltaiczne (inaczej fotoogniwo, solar lub ogniwo słoneczne) jest urządzeniem służącym do bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w
którym pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy
potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował A.C. Becquerel w 1839 r. w obwodzie oświetlonych elektrod umieszczonych w elektrolicie, a obserwacji tego zjawiska na granicy dwóch ciał stałych dokonali tego 37 lat później W. Adams i R. Day.
Zastosowania ogniw fotowoltaicznych
Baterii słonecznych używa się także w małych kalkulatorach, lampach solarnych i zegarkach.
Przydatne jest zastosowanie ich w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze.
W 1981 r. słoneczny samolot Solar Challenger przeleciał nad kanałem La Manche wykorzystując jako źródło zasilania tylko energię słoneczną. Skrzydła tego samolotu pokryte były bateriami słonecznymi, które zasilały silnik elektryczny.
URL:
W niektórych miejscach na świecie ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują np. publiczne automaty telefoniczne (baterie słoneczne montowane są na dachu).
Karawaning - w postaci paneli na dachu wozu kempingowego są w stanie doładowywać akumulator samochodu na postoju przy używaniu różnych odbiorników energii jak telewizory przenośne itp.
Żeglarstwo - ogólnie stosowane do doładowywania akumulatora jachtu - bardzo istotne w związku z wymogiem posiadania radia (krótkofalówki) na pokładzie jachtów pełnomorskich.
(http://pl.wikipedia.org/wiki/Energetyka_s%C5%82oneczna#Ogniwo_fotowoltaiczne)
4.
Kolektory hybrydowe
Kolektory hybrydowe są urządzeniami wykorzystującymi promieniowanie słoneczne w taki sposób aby uzyskać energię w dwóch postaciach. Jednym z typów takiego kolektora jest urządzenie wodno-elektryczne, opisane poniżej. Dla potrzeb przemysłu rolno
spożywczego budowane są kolektory wodno-powietrzne, gdzie energia występuje w postaci strumieni ciepłej wody (roztworu wodnego) oraz ciepłego powietrza. Rozwiązanie to jest połączeniem kolektora wodnego i powietrznego.
Pamiętać należy, że sumaryczna ilość uzyskanej energii jest wprost proporcjonalna do powierzchni kolektora i nie może przekraczać wartości nasłonecznienia na danym terenie.
Szwedzka firma Euronom wprowadziła do sprzedaży na terenie Polski słoneczne kolektory hybrydowe ExoSol EU21. Cechą unikalną kolektora ExoSol EU21 jest połączenie w jednym module kolektora i baterii słonecznej.
EU 21 jest cieczowym kolektorem próżniowym z reflektorem parabolicznym, w którym czynnik grzewczy nagrzewa się bezpośrednio w rurach próżniowych.
Zastosowanie reflektora w połączeniu z absorberem naniesionym na całej powierzchni rur umożliwiło lepsze wykorzystanie promieniowania słonecznego. W EU21 promieniowanie prostopadłe, które nie pada bezpośrednio na rurę, odbijane jest od reflektora i
kierowane w stronę absorbera. Równomierny odbiór ciepła ze wszystkich rur próżniowych zapewnia układ przewodów wykonanych w systemie Tichelmanna.
Fot. 6. Kolektor Hybrydowy (http://www.systemyogrzewania.pl/aktualnosci/aktualnosci.asp?id_artykulu=721)
Baterię słoneczną wykonaną z laminatu CIS zamontowano na puszce przyłączeniowej kolektora. Pojedynczy moduł baterii generuje prąd o napięciu 17V i mocy 16 W, który wykorzystywany jest do zasilania pompy cyrkulacyjnej czynnika grzewczego oraz
układu sterowania. (http://www.systemyogrzewania.pl/aktualnosci/aktualnosci.asp?id_artykulu=721).
V.
Wyniki Badań
Analiza wyników, wykresy.
Wykres przedstawia średni trzyletni przebieg energii pozyskanej z badanej instalacji kolektorów słonecznych. Seria 2 na wykresie przedstawia krótkookresowe wahania pozyskanej energii. Linia wielomianu, pokazuje roczny trend możliwości pozyskania energii
słonecznej. Z przebiegu linii serii 2, wnioskujemy o nierównomiernym rozkładzie możliwości pozyskania energii w przedziałach tygodniowych. Dla celów użytkowych dla zrównoważenia niedoborów energii, zastosowano w instalacji zasobnik o dużej
pojemności. Niedobory energii w okresie zimowym uzupełniane są z kotła olejowego wchodzącego w skład instalacji. Maksymalne wartości energii uzyskanej z analizowanej instalacji sięgają 55kWh/dzień. Należy zwrócić również uwagę, że maksymalna
pozyskana energia w okresie zimowym, może być wyższa od minimalnej energii okresu letniego.
VI.
Przykład doboru instalacji kolektorów słonecznych
1.
Analiza zapotrzebowania energii na cwu
Założono zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla cztero osobowej rodziny na poziomie 60l/osobę dziennie, wody o temperaturze 45°C. Temperatura wody zimnej 10°C
Ilość ciepła Q = m x cw x dt
M= 4 x 60 = 240 kg
Cw = 1 kcal/kg K
Dt =45-10 = 35 K
Q= 240 x 1 x 35 =
Q=8400 kcal/dobę = 9,76 kWh/dobę
Roczne zapotrzebowanie wyniesie 9,76 x 365 = 3565 kWh
2.
Analiza zapotrzebowania energii na co
Zapotrzebowanie energetyczne budowli, jej późniejszy kształt utrzymania zależne są w znacznej mierze od świadomości inwestora i projektanta. W przypadku obiektów istniejących zależy natomiast głównie od jego możliwości technicznych.
Poniżej w tabeli przedstawiono klasy energochłonności budynków stosowane w Polsce przy audytach energetycznych wykonywanych najczęściej dla potrzeb projektów termo modernizacyjnych. Klasyfikacja ta jest ogólnie zgodna ze stosowaną w krajach Unii
Europejskiej.
URL:
_ dom pasywny .................................................. ..do 15 kWh/m
2
a
Tabela 1. Klasyfikacja energetyczna budynków (http://www.budynkipasywne.pl/)
A. Założono, że rodzina zamieszkuje dom energooszczędny (klasa B) o powierzchni użytkowej 160m
2
i rocznym zapotrzebowaniu energetycznym na poziomie 62,5 kWh/m
2
a (tabela) otrzymuje Qd= 160 x 62,5 = 10 000 kWh/rocznie.
Łączne zapotrzebowanie na ciepło wyniesie
Qc=Q+Qd
Qc=3565+10 000
Qc=13 565 kWh/a
B. Przy założeniu, że rodzina zamieszkuje dom o niższych parametrach energetycznych ( dom klasy C ) zapotrzebowanie 90 kWh/m
2
/a, otrzymujemy:
Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową Q jak w przykładzie poprzednim na poziomie 3565 kWh rocznie.
Zmianie ulega znacznie ilość energii na potrzeby centralnego ogrzewania.
Qd = 160 x 90 =14 400 kWh/a ,
Co za tym idzie roczny bilans wyniesie
Qc = Q + Qd
Qc = 3565 + 14 400 = 17965 kWh/a
C. Kolejnym przykładem jest użytkowanie domu w klasie energetycznej D, z rocznym zapotrzebowaniem energetycznym na poziomie 125 kWh/m
2
/ a.
W tym przypadku bilans dla ciepłej wody jest identyczny, zmienia się na niekorzyść ilość ciepła potrzebna do ogrzania domu.
Qd = 160 x 125
Qd = 20 000 kWh/a.
Razem zapotrzebowanie na energię wyniesie
Qc = 3565 + 20 000
Qc = 23 565 kWh/a
3.
Dobór objętości zasobnika, powierzchni netto, absorbera dla potrzeb cwu
Biorąc pod uwagę nierównomierność rozkładu energii słonecznej w przedziałach dobowych dla maksymalnego pokrycia zapotrzebowania na ciepłą wodę dobieram zasobnik CWU projektanci systemów solarnych stosują przelicznik 71 litrów na 1 m
2
absorbera. (katalog paradigma, www.sonnenkraft.de, www.sonergo.com.pl)
Dla czteroosobowej rodziny dobieramy zasobnik o pojemności 300L. W celu osiągnięcia wymaganej temperatury wody powierzchnia absorbera powinna wynosić około 4,2- 4,5 m
2
. powierzchnia ta gwarantuje roczną energię wyliczoną poniżej.
Er = 525 kWh/m
2
rok x 4,4m
2
Er= 2310 kWh/roku
Należy podkreślić, że jest to ilość energii uzyskana przy założeniu 40% nasłonecznienia.
4.
Dobór na potrzeby co
Dostawcy systemów wykorzystujących energię słoneczną podkreślają, że dla domów klasy energetyczne A, B, C, można rozważać systemy wspomagania centralnego ogrzewania.
Rys. 3. przedstawia schemat systemu wspomagania centralnego ogrzewania. (materiały pomocnicze SonErgo, Płokarz M.)
Dla rozważanego domu przewidziano zasobnik ciepłej wody 220 litrów wbudowany w bufor centralnego ogrzewania o pojemności 1000 litrów. Dla tych objętości dobrano 14,4 m2 powierzchni netto absorbera. Wielkości energetyczne dla tego typu instalacji
są zbieżne z analizowaną instalacją w Centrum Edukacji Ekologicznej.
Rzeczywista wartość, jak wynika z analizy pomiarów, jest większa od wartości podanej w certyfikacie i wynosi:
Klasa
Budynek mieszkalny
Wskaźnik E
w kWh/(m
2
*a)
A
niskoenergetyczny
20 do 45
B
energooszczędny
45 do 80
C
średnioenergooszczędny
80 do 100
D
średnioenergochłonny
100 do 150
E
energochłonny
150 do 250
F
bardzo energochłonny
ponad 250
URL:
Em = 628 kWh/m
2
a x 14 m
2
Em = 8792 kWh/a
5.
Koszty Inwestycji
5.1.
Koszty inwestycji do podgrzewania cwu
Szacowanie kosztów instalacji według firmy SonErgo przedstawia się następująco:
Tabela 2. Koszty instalacji do podgrzewania wody użytkowej
(SonErgo, mgr inż. Płokarz S.)
Z uwagi na niewielką pojemność zasobnika, co za tym idzie częste wyłączanie kolektorów, ilość energii pozyskanej liczona jest jako iloczyn.
E = gwarantowany uzysk x m
2
E = 525 kWh/m
2
a x 4,4 m
2
= 2310 kWh/rok
Czas zwrotu instalacji
Liczymy 525 kWh/m
2
a x 0,33 PLN/kWh
2
173,25PLN/ rocznie m
2
x 4,4 m
2
= 762,3 PLN /rocznie
Tz = 7599 PLN / 762,3 PLN/a = 9,9 roku
5.2.
Koszty instalacji CWU i CO
Tabela 3. Koszty instalacji do współpracy z centralnym ogrzewaniem (SonErgo, mgr inż. Płokarz S.)
Instalacja taka posiada zasobnik o pojemności 1000 litrów, co pozwala na zgromadzenie większej ilości energii. Duża pojemność zasobnika umożliwia maksymalnie gromadzić nawet niewielkie ilości energii przy „przebłyskach słońca” i likwiduje wahania
dobowe.
W tym przypadku całkowitą energię możemy liczyć:
E = 628 kWh/m
2
a x 14,16m
2
E = 8 892 kWh/a
Czas zwrotu instalacji
Obliczamy 628 kWh/m
2
a x 0,33 PLN/kWh
1
= 207,24 PLN a/m
2
207,24 PLN a/m
2
x 14,16 m
2
= 2 934,52 PLN/a
Tz = 20 735 PLN / 2934,25 PLN/a = 7,07 roku
Warunkiem optymalnego czasu zwrotu jest maksymalne wykorzystanie pozyskanej energii.
Aby ją wykorzystać wskazane jest zastosowanie niskotemperaturowych systemów ogrzewania. Istotna jest również klasa energetyczna budynku. Dla klasy B i C ilość pozyskanej energii słonecznej stanowi znaczącą część ich całorocznego zapotrzebowania.
Dla klasy B 65,5% dla klasy C 49,5%. Są to ilości godne uwagi.
Należy pamiętać, że kalkulację przeprowadzono przy stałych cenach za kWh, co w rzeczywistości jest mało prawdopodobne.
Przy założeniu wzrostu cen o 10% rocznie czas zwrotu skróci się znacznie.
6.
Sposoby finansowania
Udział państw w finansowaniu instalacji słonecznych.
Rozważając aspekt ekonomiczny należy zwrócić uwagę na możliwości i źródła finansowania.
W krajach dbających o ochronę środowiska i rozwój OZE stosowane są proste i jasne zasady.
W Niemczech (z małymi różnicami w landach) inwestor otrzymuje zwrot połowy poniesionych nakładów po przedstawieniu faktury i certyfikatu kolektora. Zwrot następuje w kasie gotówką.
Urząd Skarbowy w Austrii zwraca inwestorowi ustaloną (zmienną) kwotę za każdy zainstalowany m
2
kolektora. Zwrot następuje przez odliczenie od podatku w zeznaniu rocznych, do którego dołączona jest faktura i certyfikat kolektora.
W Polsce po za opisanymi niżej sposobami finansowania nie ma mechanizmu wspierającego inwestycje w kolektory słoneczne. Nie stosuje się ulg podatkowych.
EkoFundusz-dotacje.
Proces przyznawania dotacji-najpierw określone zostają możliwie precyzyjnie pola priorytetowe, na których EkoFundusz zamierza koncentrować swoje środki ze względu na konieczność rozwiązania najpilniejszych problemów ekologicznych w skali kraju czy
regionu. Po ogłoszeniu strategii każdy wniosek o dotacje podlega wnikliwej analizie od strony technologicznej, ekonomicznej oraz ekologicznej i dopiero na podstawie pozytywnych wyników z wszystkich trzech analiz może otrzymać dotację EkoFunduszu.
Solektor GFK 6240
2
3400
Zasobnik CWU 300 l
1
1539
Pompa por25/40
1
360
Automatyka
1
350
Pozostałe elementy
1
600
Płyn Eko-Solektor Plus
20
150
Robocizna
1200
Razem
7599 pln
Solektor GFK 6240
6
10200
Zasobnik AKS 1000/250
1
7500
Pompa por25/40
1
360
Automatyka
1
350
Pozostałe elementy
1
600
Płyn Eko-Solektor Plus
30
225
Robocizna
1500
Razem
20 735
URL:
Po jej uzyskaniu realizacja projektu jest kontrolowana przez EkoFundusz- zarówno w kwestii terminowości wykonania poszczególnych jego etapów, jak i odnośnie wszystkich źródeł finansowania. Eko-Fundusz rozpatruje wnioski dotyczące dużych instalacji,
powyżej 80m
2
powierzchni netto absorbera (stan z 2007 roku).
Dla indywidualnych odbiorców istnieje możliwość skorzystania z kredytu preferencyjnego z Banku Ochrony Środowiska. Stosowne dokumenty zamieszczono w załączniku.
Energetyka słoneczna w projektach EkoFundusz.
EkoFundusz od początku swojej działalności promuje inicjatywy inwestycyjne związane z gospodarczym wykorzystaniem energii słonecznej, zwłaszcza poprzez udzielanie bezzwrotnych dotacji na realizacje instalacji solarnych. Pierwszy tego rodzaju projekt z
udziałem Fundacji został zrealizowany w 1997r. Na terenie szkoły w Bliznem.
Łącznie w latach 1997-2006 przy pomocy środków EkoFunduszu pomyślnie zrealizowano 148 instalacji solarnych, w których zamontowano ponad 16 tys.m
2
kolektorów słonecznych. Udzielono dotacje na około 22mln zł. Efektem zrealizowanych projektów
jest redukcja emisji CO
2
o ok. 2,5 tys. ton rocznie. Oczekuje się, że do końca 2007 roku łączna powierzchnia kolektorów w projektach EkoFunduszu przekroczy 20 tys.m
2
.
Ukończone projekty dotyczyły wykorzystania energii słonecznej-głównie do produkcji ciepłej wody użytkowej oraz do podgrzewania wody w basenach i kąpieliskach. Projekty zostały zrealizowane w obiektach należących do placówek oświatowych, służby
zdrowia, spółdzielni mieszkaniowych, straży pożarnej a ponadto w ośrodkach rekreacyjno-sportowych i innych obiektach użyteczność publicznej.
Największa spośród funkcjonujących instalacji solarnych znajduje się w szpitalu wojewódzkim w Częstochowie. Jej łączna powierzchnia czynna to 1495m
2
i wspomaga ona układ przygotowania ciepłej wody użytkowej, której zużycie przez szpital wynosi ok.
20tys. m
3
/rok. Dzięki nowej instalacji udział energii słonecznej pokryje ok. 52% rocznego zapotrzebowania na c.w.u. Koszt całego projektu wyniósł ponad 4 ml zł, z czego EkoFundusz dofinansował w formie dotacji zakup kolektorów słonecznych wraz z
konstrukcją wsporczą i zestawami montażowo-przyłączeniowymi, co wynosiło ok. 1,5mln zł.
Na wyróżnienie zasługuje również projekt budowy 10 instalacji solarnych z kolektorami słonecznymi o łącznej powierzchni czynnej 576m
2
, wspomagających układy przygotowania c.w.u. w 10 nowo budowanych domach osiedla mieszkaniowego w Lublinie.
Rozwiązanie to zostało przewidziane już na etapie projektowania osiedla. Dzięki powyższym instalacjom dział energii słonecznej pokryje ok. 35% całkowitego zapotrzebowania na ciepło dla potrzeb c.w.u. w przedmiotowych obiektach. Koszt projektu wyniósł
1mln zł, z czego EkoFundusz dofinansował w formie dotacji zakup i montaż czterech instalacji solarnych o łącznej wartości 400 tys. zł.
Z informacji uzyskanych od 41 użytkowników instalacji solarnych zrealizowanych przy wsparciu EkoFunduszu wynika, ze dla większości uzysk ciepła użytecznego nie przekracza 1,7 GJ/m
2
/rok. Powyższe informacje dotyczą 2006 r. i są oparte na wskazaniach
liczników ciepła.
W znacznej większości rozpatrywanych do tej pory EkoFunduszu projektów koszt inwestycyjny kompletnej instalacji solarnej odniesiony do 1m
2
powierzchni czynnej kolektora słonecznego mieścił się w przedziale 1500-3000 zł/m
2
. Jego wysokość wynikała z
rozstrzygniętych przetargów na wykonawstwo instalacji, przeprowadzonych przez inwestorów zgodnie z ustawą „Prawo zamówień publicznych”.
Koszty instalacji prawidłowo użytkowanych instalacji solarnych są bardzo niskie (poniżej 10zł/m
2
/rok). (Nowicki, 2007)
Rys. 4.
Lokalizacja instalacji solarnych dofinansowanych przez EkoFundusz (Nowicki, 2007)
VII.
Aspekt ekonomiczny
Kwestię ekonomiczną należy rozpatrywać uwzględniając przynajmniej dwa aspekty tak zwanej opłacalności. Pierwszy w odniesieniu do kosztu jednostkowego i jego zmiany w czasie, drugi aspekt, bardziej złożony zapotrzebowanie energetyczne budowli.
Koszt jednostkowy energii konsumowanej przez inwestora powinien uwzględniać:
-
Położenie geograficzne.
Położenie geograficzne jest jednym z głównych aspektów ekonomicznych. Na Śląsku mamy ogromny zasób energii ze źródeł nieodnawialnych tj. węgiel. Energia wyprodukowana z niego jest w tym rejonie tańsza niż np. na północy kraju. Jest to głównie
spowodowane obniżeniem kosztów transportu.
-
Przewidywany komfort życia.
Koszty inwestycji zwiększają się gdy klient chce, aby całe ogrzewanie jego domu było zautomatyzowane czyli wykluczamy piece węglowe i inne instalacje, które wymagają wkładu ze strony człowieka.
-
Dostępność nośnika energii.
Jednym z najtańszych źródeł energii jest słoma. Jednak korzystanie z niej jako nośnika energii sprawia duże trudności i jest nieopłacalne dla pojedynczych użytkowników mieszkających zwłaszcza w mieście. Problemem jest tu bowiem magazynowanie
słomy, na co potrzebne są spore powierzchnie.
-
Sprawność cieplną istniejącej kotłowni.
Inwestując w urządzenia cieplne z uwagi na rosnące koszty energii należy wykluczyć systemy o niskiej sprawności.
-
Lokalizację inwestycji, obiektu.
Aby móc korzystać z energii promieniowania słonecznego w największym dostępnym stopniu, należy ustawić kolektory na południowej stronie dachu lub budynku. Niektóre budowle są ustawione wg innej strony świata, w takich wypadkach można
dobudować konstrukcje wystawione na stronę południową co niestety wiąże się z większymi kosztami inwestycji. Dlatego budując nasze domy od podstaw należy uwzględnić ich położenie.
W Polsce najwięcej godzin słonecznych w roku (usłonecznienie) występuje na wybrzeżu (1671 h/a, Gdynia), trochę mniej w Warszawie (1600 h/a), a najmniej na Śląsku (1234 h/a, Katowice). Jako normę napromieniowania całkowitego w ciągu roku w
Polsce przyjmuje się wartość 3600 MJ/m
2
. (Lewandowski, 2007).
Warunki dla funkcjonowania cieplnych kolektorów słonecznych w Polsce nie odbiegają od warunków w Europie w tej szerokości geograficznej.
-
Szybki zwrot poniesionych wydatków - niskie koszty eksploatacji kolektorów.
Raz poczyniona inwestycja na stałe zniweluje koszty energetyczne dla danego obiektu. Początkowo poniesione nakłady bardzo szybko rekompensują się i pozwalają obniżyć koszty średnio nawet o ok. 70% oszczędności związanych z rocznymi kosztami
przygotowania ciepłej wody użytkowej i o około 20% związanymi z ogrzewaniem. Rachunek ekonomiczny jest więc prosty – stałe oszczędności. Koszt instalacji słonecznej złożonej z kolektorów płaskich jest porównywalny z kosztem instalacji
tradycyjnej. Jeśli jednak wziąć pod uwagę, że dalsza eksploatacja systemu z kolektorami prawie nic nie kosztuje, inwestycja szybko się zwraca.
Właściwie zaprojektowana instalacja pozwala na wymierne korzyści, zapewnia koszty eksploatacji ograniczone do niezbędnego minimum i gwarantuje szybką amortyzację. Sprawia to, że sprzedaż systemów solarnych znacznie wzrasta z każdym rokiem i
sięga obecnie ok. 40.000 m
2
powierzchni czynnej w 2005 r. Kolektory słoneczne z powodzeniem można eksploatować przez co najmniej 20-30 lat z minimalną konserwacją okresową ( tylko wymiana płynu solarnego)
-
Szczególnie szybki zwrot kosztów następuje w przypadku montażu instalacji wielkopowierzchniowych.
Instalacje takie powstają najczęściej w obiektach o dużym zapotrzebowaniu na c.w.u., np. w instytucjach użyteczności publicznej: szpitalach, szkołach, pływalniach, uzdrowiskach czy ośrodkach pomocy społecznej.
-
Współpraca z innymi systemami grzewczymi, łatwość montażu i dowolność w czasie.
URL:
-
Systemy solarne montowane są jako oddzielne systemy do podgrzewania c.w.u., ale także mogą współpracują z kominkami z płaszczem wodnym, niskotemperaturowymi systemami grzewczymi ( np. ogrzewaniem podłogowym ), kotłami grzewczymi
oraz pompami ciepła lub są wyposażane w grzałkę elektryczną zamontowaną w zasobniku.
Systemy solarne można usytuować praktycznie wszędzie: na dachach obiektów, jako panele ścienne czy jako zadaszenie werand. Montuje się je w dowolnym momencie procesu budowlanego – w czasie budowy lub w dowolnym istniejącym obiekcie.
(http://www.budnet.pl/dlaczego_warto_instalowac_kolektory_sloneczne,aktualnosci_budowlane,i=748.html)
Tabela 3. Koszt wytworzenia jednostki energii cieplnej w Polsce za pomocą konwencjonalnych urządzeń grzewczych (2002-2004).
(http://ekoenergia.dzien-e-mail.org/content/view/267/65/)
Kalkulacja finansowa
W oparciu o zebrane dane można ocenić ilość energii słonecznej jaką można pozyskać dla celów grzewczych.
Zdolność energetyczna 1m
2
cieplnego kolektora słonecznego wynosi: 628kWh/rok. Z uwagi na dużą zmienność cen nośników energetycznych, we wcześniejszych rozważaniach rozpatrzone było zasilanie opisanych przypadków olejem opałowym. Olej
opałowy jest paliwem wygodnym i dlatego można pominąć koszty obsługi. Przyjmuję cenę wraz z dostawą 1 litra oleju równą 2,50PLN.
1 litr to 0,8kg
więc jeden kilogram kosztuje 3,125 PLN,
z jednego kilograma otrzymujemy 42MJ energii.
42 MJ to 11kWh.
3,125PLN za 11kWh daje 0,28PLN za kWh.
Jeżeli średnią sprawność kotła olejowego przyjąć na poziomie η=0,85, to koszt energii użytecznej 0,33PLN za kWh.
Przy tak skalkulowanej cenie można policzyć oszczędność jaką daje 1m
2
cieplnego kolektora słonecznego w skali roku.
Z danych wynika ze 1m
2
to 628kWh/a.
628kWh/a x 0,33PLN/kWh = 207,24PLN/rok
Inne podejście do aspektu ekonomicznego instalowania kolektorów słonecznych, opiera się na rozwiązaniu kompleksowym.
Informacje uzyskane od klientów firmy SonErgo, z okolic Bydgoszczy (Ostromecko), pozwalają rozpatrzyć sferę finansową od strony inwestora budującego dom.
Klienci nabyli dom w klasie energetycznej „B”, o powierzchni 180m
2
w stanie deweloperskim, będącym lustrzanym odbiciem domu sąsiedniego. Budowę instalacji wewnętrznych, centralnego ogrzewania, ciepłej wody i pozostałych, deweloper
pozostawił w gestii przyszłych mieszkańców. W obu przypadkach zastosowano różne rozwiązania, uzyskując jednakowy komfort. W sąsiednim budynku wykonano instalację CO i CWU w oparciu o kominek z płaszczem wodnym i kocioł gazowy zasilany
gazem PB. Budynek klienta zasilany jest kominkiem z płaszczem wodnym oraz kolektorami słonecznymi.
Instalacja składa się z ośmiu kolektorów Solektor GFK6240 o łącznej powierzchni 19,2m
2
oraz bufora 1500l z zasobnikiem 300l. Klient oświadczył, że całkowity koszt budowy instalacji był wyższy o 15500 PLN od budowy instalacji w sąsiednim budynku.
W przypadku budowy domu należy brać pod uwagę rozwiązania kompleksowe.
W przypadku klienta czas zwrotu inwestycji będzie znacznie krótszy niż przedstawiony w rozdziale 5.2.
VIII.
Aspekt ekologiczny
Dlaczego warto instalować kolektory słoneczne?
Ciągły wzrost kosztów wytwarzania energii cieplnej spowodowany jest przede wszystkim wzrostem cen paliw i kosztów ochrony środowiska. Problem ten zaczął wzbudzać coraz większe zainteresowanie społeczne w zakresie możliwości zaspakajania potrzeb
energetycznych z odnawialnych źródeł energii, które przyczyniają się także do zachowania równowagi w środowisku naturalnym.
Używając tego źródła energii oszczędza się paliwa kopalne, których ilość wciąż się zmniejsza i których używanie zanieczyszcza środowisko naturalne. Oszczędność pieniędzy i stanu środowiska - rzadkie i wyjątkowo opłacalne połączenie.
Systemy solarne to przede wszystkim ekonomicznie wyrażona oszczędność poprzez zmniejszenie kosztów ogrzewania, prestiż a także ekologia dzięki wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii.
(http://www.budnet.pl/dlaczego_warto_instalowac_kolektory_sloneczne,aktualnosci_budowlane,i=748.html)
Ilość wyprodukowanej przez instalacje solarną energii cieplnej można precyzyjnie ocenić, więc przy znajomości ceny różnych nośników energii efekt ekonomiczny jest łatwy do określenia. (Zapałowicz, 2001)
Z ilości zaoszczędzonej dzięki kolektorom słonecznym energii można również wyliczyć ilość zaoszczędzonego paliwa umownego. Każda 1 MW x h energii cieplnej wytworzona w instalacji kolektorów słonecznych to 126 kg niespalonego paliwa umownego ze
sprawnością równą 90%.
Jeśli energia słoneczna zastępuje konkretny typ paliwa (węgiel, olej czy gaz) o określonej charakterystyce, to zużycie paliwa umownego trzeba przeliczyć na paliwo rzeczywiste i dopiero wówczas określić efekt ekologiczny. W przypadku eksploatacji źródeł
konwencjonalnych o mocy większej od 0,5 MW w rozważaniach należy również uwzględnić opłaty za korzystanie ze środowiska, zgodnie z Ustawą Prawo Ochrony Środowiska. W indywidualnych gospodarstwach domowych sprawa kosztów
środowiskowych nie ma bezpośredniego znaczenia ekonomicznego, lecz jedynie pośrednie, przez zmniejszenie emisji substancji szkodliwych w miejscu ich wytwarzania. Wiąże się to z mniejszymi środkami budżetowymi gminy, przeznaczonymi na ochronę
środowiska oraz na służbę zdrowia. (Zapałowicz, 2001)
Dla instalacji kolektorów słonecznych można obliczyć roczne korzyści środowiskowe jednego metra kwadratowego pracującego kolektora słonecznego. Dzięki zaoszczędzonej rocznie energii do atmosfery nie trafiają SO
2
, NO
x
, CO
2
, pyły i żużle.
(Lewandowski, 2007)
Konwencjonalny sposób produkcji energii, bazujący na spalaniu paliw stałych jest związany z wytworzeniem dużej liczby zanieczyszczeń: trujących i szkodliwych gazów, pyłów i popiołów, a także ciepła odpadowego.
(Cieśliński i współ. 1996)
Wymienione substancje wpływają negatywnie na całe środowisko naturalne- skażają wszystkie jego elementy oraz zatruwają organizmy żywe.
- Tlenek węgla (CO) - zwany czadem - powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla w piecach i innych paliw w silnikach spalinowych. Jest gazem silnie toksycznym a ze względu na małą masę właściwą łatwo rozprzestrzenia się w powietrzu.
Największe jego stężenia notowane są w dużych miastach. Na ulicach miejskich o ruchu normalnym jego stężenie wynosi 30 mg/m
3
.
-
Dwutlenek węgla (CO
2
)-powstaje podczas wszelkich procesów spalania węgla oraz w procesie oddychania organizmów żywych. Bierze udział w procesie fotosyntezy natomiast zbyt duża jego ilość powoduje efekt cieplarniany.
-
Tlenki azotu (N
2
O-podtlenek azotu, NO-tlenek azotu, NO
2
-dwutlenek azotu)- są naturalnymi składnikami atmosfery. W małych ilościach nie są związkami toksyczny, jednak ich nadmiar sprawia ze staja się groźnymi zanieczyszczeniami atmosfery.
W dużych ilościach powstają w elektrowniach, ciepłowniach, silnikach samochodowych i samolotowych. Mogą się utleniać do pięciotlenku azotu, który w obecności pary wodnej tworzy HNO
, jeden ze składników kwaśnych deszczów.
Typ urządzenia
Paliwo
średnioroczna sprawność
Koszt 1 kWh [zł]
Koszt 1 GJ [zł]
Piec kaflowy węglowy
Węgiel
30%
0,23
64,00
Piec węglowy centralne ogrzewanie starego typu, do całkowitych kosztów należy dodać koszty obsługi
Węgiel, koks
55%
0,12
33,35
Kocioł gazowy starszego typu
Gaz
65%
0,17
47,25
Kocioł gazowy nowy standardowy
Gaz
88%
0,13
36,10
Kocioł gazowy kondensacyjny
Gaz
100%
0,11
30,56
Kocioł olejowy
Olej
86%
0,17
47,23
Kocioł gazowy standardowy
propan
88%
0,20
55,50
Kocioł gazowy kondensacyjny
propan
100%
0,18
50,00
Kocioł elektryczny pierwsza taryfa
energia elektryczna -I taryfa
100%
0,32
88,90
Kocioł elektryczny druga taryfa
energia elektryczna -II taryfa
100%
0,18
50,00
koszt energii z ciepłowni
energia z MPEC
100%
0,18
50,00
Koszt produkcji ciepła z biomasy dla małych, przydomowych kotłowni
biomasa: drewno, słoma
70%
0,23
63,95
URL:
-
Dwutlenek siarki (SO
2
)- powstaje głownie podczas procesów spalania zawierających siarkę paliw stałych i płynnych (jak węgla, ropy naftowej) w silnikach spalinowych, elektrociepłowniach i elektrowniach cieplnych. W Polsce regionami o
największej emisji SO
2
są duże aglomeracje miejsko-przemysłowe, a przede wszystkim katowicka i krakowska. W powietrzu SO
2
utrzymuje się do 2-4 dni, gdzie utlenia się do SO3. Ten z kolei łatwo reaguje z zawarta w powietrzu para wodna,
tworząc H
2
SO
4
. jest on najważniejsza przyczyna kwaśnych deszczów. (Pyłka-Gutowska, 2001)
-
WWA- to chemiczne związki składające się z węgla i wodoru, zawierające w cząsteczce kilka pierścieni aromatycznych., są uniwersalnymi produktami spalania substancji organicznych. Stanowią grupę związków bardzo niebezpiecznych dla
człowieka, głownie ze względu na działanie kancerogenne. WWA pojawiają się w powietrzu w skutek parowania lub spalania paliw ( węgla, ropy naftowej i ropopochodnych)
-
Pyły to rozproszone w powietrzu substancje stale o różnym kształcie, strukturze i gęstości, występują wszędzie tam gdzie realizowane są procesy produkcyjne, jak sapanie węgla brunatnego i kamiennego czy produkcja cementu. Zawartość pyłu w
powietrzu atmosferycznym jest proporcjonalna do liczby mieszkańców miast. (Grochowicz i współ., 1996)
Niebezpieczne dla powietrza atmosferycznego jest, zwłaszcza w okresie zimowym, ogrzewanie dużej zabudowy miejskiej. Ciepło może być dostarczane przez elektrociepłownie lub przez indywidualne systemy grzewcze, najczęściej węglowe. Ogrzewanie
piecami węglowymi ma miejsce głownie w tych dzielnicach miasta gdzie jest ich stara zabudowa. Taki system ogrzewania jest bardzo nieekologiczny, wymaga bowiem zużycia znacznie więcej węgla oraz wiąże się z bardziej toksycznym spalaniem. Poza tym
mieszkańcy bardzo nierozsądnie wykorzystują piece węglowe do spalania odpadów z gospodarstw domowych. Istnieje wówczas ogromne zagrożenie skażenia powietrza dioksynami i furanami, zwłaszcza gdy spalaniu ulęgają odpady z tworzyw sztucznych.
Decydujące znaczenie w zanieczyszczaniu powietrza maja również zlokalizowane na terenach miast zakłady przemysłowe, które emitują znaczne ilości substancji szkodliwych. Powodują tym samym ich nadmierna koncentracje w środowisku atmosferycznym.
Największy stopień zanieczyszczenia powietrza występuje na terenie województwa śląskiego. Jest to bowiem teren najbardziej zaludniony, uprzemysłowiony i zurbanizowany. W skali lokalnej problem jest intensywniejszy, ponieważ źródła emisji znajdują się na
obszarze aglomeracji katowickiej i rybnickiej. Wielkość opadów pyłów na tym obszarze wielokrotnie przekracza dopuszczalne normy, a skażenie powietrza tlenkami siarki, tlenkami azotu, tlenkami węgla, metalami ciężkimi oraz innymi szkodliwymi
substancjami jest ponadnormatywne. (www.silesia-region.pl) Zanieczyszczenie atmosfery stosunkowo wysokie jest także w okolicach aglomeracji łódzkiej, krakowskiej i wrocławskiej.
Zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego jest bardzo groźne. Niesie bowiem wiele nieporządnych następstw. Jest przyczyna: efektu cieplarnianego, kwaśnych deszczów, zmniejszenia warstwy ozonowej, zmniejszenia zasobów paliw kopalnych, zachwiania
równowagi ekologicznej miedzy tlenem i dwutlenkiem węgla, zachwiania równowagi biologicznej ekosystemów, pogorszenia jakości żywności oraz zanieczyszczenia gleb i wody.
Wszystko to zmusza do ograniczenia ilości energii wywarzanej w wyniku spalania paliw stałych, do oszczędności i racjonalnego zużycia energii oraz przechodzenia na stosowanie odnawialnych źródeł energii.
(Cieśliński i współ. 1996)
IX.
Dyskusja
Podstawowym i najczęściej zadawanym pytaniem w dziedzinie kolektorów słonecznych jest pytanie „czy taka instalacja się opłaca?”. Ponieważ w Polsce temat kolektorów słonecznych, szerzej energii słonecznej, jest stosunkowo nowy, pojawia się też pytanie
„czy to w ogóle grzeje?”. O ile odpowiedź na pytanie drugie wydaje się prosta, bo można odpowiedzieć krótko, tak słońce grzeje. O tyle odpowiedź na pytanie pierwsze wymaga rzetelnego podejścia do tematu.
Wydaje się, że odpowiedź na tak postawione pytanie należy rozpatrywać w kilku płaszczyznach.
Należy tutaj uwzględnić obecne ceny nośników energii, ich zmiany w przyszłości.
Instalacja, na której przykładzie przeprowadzono analizę zawartą w tej pracy działa od czasu gdy olej opałowy kosztował połowę obecnej ceny. W wielu opracowaniach m.in. (Lewandowski, 2007 i www.mos.gov.pl) do rozważań opłacalności przyjmuje się
cenę dostawy kWh do sieci. Wydaje się, że dla oceny opłacalności, należy przyjąć jako odnośnik cenę zakupu energii przez użytkownika. Różnice przy obecnych sposobach rozliczania sięgają, w zależności od rejonu kraju od 50-100% wartości. Można
powiedzieć, że w tym względzie dużą rolę odgrywa czynnik psychologiczny, lub wręcz przywiązanie do tradycji „węgla”. Z węgla bowiem pochodzi znakomita większość produkowanej w Polsce energii.
Pamiętamy z ekonomii, że cena i wartość to dwa różne pojęcia, na cenę ogromny wpływ ma rynek w zakresie danego produktu. Wraz z rozwojem technologii rynek wymusza stabilizację cenową i podnosi jakość produktu. Prawa oczywiste dotyczą również
nośników energii. Przy spadającej podaży i rosnącym popycie kierunek kształtowania się ceny jest oczywisty.
Decyzja o mądrej inwestycji zawsze wybiega w przyszłość, a jej podstawy muszą być oparte na wiedzy i analizie dostępnych informacji.
W pracy przedstawiono, na podstawie kilkuletnich pomiarów, wymierny efekt energetyczny. Eksploatowana instalacja, w okresie monitorowanego okresu trzech lat, dostarczyła ponad 24 600 kWh energii. Energia ta zastąpiła energię wytworzoną z oleju
opałowego. W badanym okresie każdy m
2
kolektora słonecznego dostarczył 628 kWh rocznie. Powstaje pytanie czy to dużo? Oczywiście w rozumieniu globalnym to niewiele, ale dla konkretnego odbiorcy to wymierny efekt. W tym kontekście można
rozważać przyjęcie małej energetyki rozproszonej. We wstępie pracy zauważono, że rosnące potrzeby bytowe społeczeństwa pochłaniają coraz większe ilości energii (pojawiają się domy prywatne z basenami). Obecnie szacuje się zużycie sektora
komunalnego na poziomie 50%, co przy naciskach na sferę przemysłową, w celu zmniejszenia energochłonności, może utwierdzać nas w przekonaniu o konieczności poszukiwania rozwiązań alternatywnych.
Rozwiązaniem takim mogą być małe lokalne (osiedlowe) ciepłownie słoneczne. Ważnym jest, co podkreśla Lewandowski (2007), że wraz ze wzrostem powierzchni czynnej absorbera i wielkością zasobnika wzrasta efektywność instalacji. Ważne jest, że dla
dużych instalacji, powyżej 80m
2
kolektora (stan z 2007roku), Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska, może partycypować w kosztach jej budowy do wartości 50%. W rozważaniach o opłacalności należy uwzględnić również wygodę coraz bardziej
wymagającego konsumenta energii. W tym momencie nie można zgodzić się z Lewandowskim (2007) odnoszącym ilość pozyskanej energii słonecznej do energii z paliwa umownego. Współczesne instalacje słoneczne zaprojektowane i wykonane zgodnie ze
sztuką inżynierską są praktycznie bezobsługowe. Jako paliwo umowne przyjmuje się węgiel kamienny o wartości opałowej 7000 kcal/kg. W aspekcie ekologicznym można przytoczyć za Lewandowskim (2007). Każdy m
2
pracującej instalacji kolektorów
słonecznych to zmniejszenie do atmosfery emisji 3,9 kg SO
2
; 3,0 kg NO
x
; 500,8kg CO
2
; 35kg pyłu. W tym miejscu rodzi się pytanie, dlaczego pracuje w Polsce tak mało m
2
instalacji słonecznych?. Odpowiedzi na tak postawione pytanie należy szukać w
oficjalnym stanowisku MOŚ. MOŚ na swojej stronie internetowej zamieszcza opis szeregu barier ograniczających rozwój inwestycji w OZE w tym w kolektory słoneczne. Ministerstwo będące organem państwowym powinno opiniować i kreować kierunki
rozwoju. Wydaje się jednak, że w swojej działalności próbuje ono zepchnąć odpowiedzialność za niedostateczny rozwój OZE na inne ministerstwa. Czyż można zgodzić się ze stwierdzeniem, że istnieje „brak stosownych umocowań prawnych określających w
sposób jednoznaczny program i politykę w zakresie wykorzystania odnawialnych źródeł energii” (ujętym w „bariery prawne i finansowe”) . Podobnie bariera informacyjna opisana na stronie MOŚ mówi o braku informacji o produktach, dostawcach,
projektantach i wykonawcach systemów wykorzystania OŹE. W tym samym opracowaniu zamieszczono zdania „ niedostateczny zakres programów nauczania, uwzględniających odnawialne źródła energii...” , „niedostateczna ilość krajowych organizacji
gospodarczych zajmujących się przemysłową produkcją urządzeń wykorzystujących OŹE” itp. Tego typu wypowiedziom należy stanowczo zaprzeczyć. Bardziej zbliżonym do prawdy było by stwierdzenie ogromnych nacisków lobby energetycznego na MOŚ
w celu utrzymania stanu istniejącego. Polska podpisała porozumienia z Kioto i zobowiązania wewnątrz Unii Europejskiej, a kary wynikające z ich nie wypełnienia przeniesione zostaną na barki społeczeństwa. (Raport dla wykazania postępu w wypełnianiu przez
Polskę zobowiązań Protokołu z Kito zgodnie z Decyzją 22/CP.7 i 25/CP.8)
Odnosząc się nie tylko do wykorzystania kolektorów słonecznych, ale szerzej do OŹE, należy pamiętać o czynniku politycznych, związanym z całym sektorem energetycznym. Należy zauważyć też aspekt społeczny, kilka milionów obywateli żyjących z
górnictwa.
W przyszłości rozważając budowę i zakup urządzeń ułatwiających życie, w tym i kolektorów słonecznych konieczne będzie w skali globalnej rozpatrzenie problemu utylizacji i recyklingu.
Reasumując instalacje kolektorów są godne uwagi, tak z punktu widzenia indywidualnego inwestora jak i w rozwiązaniach systemowych. Z przeprowadzonej analizy można wnioskować o ściślejszą współpracę projektantów budownictwa i inżynierów
projektujących cieplne instalacje słoneczne.
X.
Wnioski
1)
Promieniowanie słoneczne jako odnawialne źródło energii jest wszechobecne, co likwiduje problem transportu – przesyłu.
2)
Po zwróceniu się kosztów budowy instalacji mamy darmową energię.
3)
Stosowanie systemów solarnych jest proekologiczne czyli nie pogłębia efektu cieplarnianego, skażenia tlenkami siarki i azotu oraz nie ma wpływu na zanik ozonu.
4)
W przeciwieństwie do ropy, węgla lub gazu ziemnego nie wyczerpuje się. Nie ma wpływu na bilans energetyczny Ziemi.
5)
Energia słoneczna dostarczana do Polski w okresie zimowym jest niewystarczająca, w niewielkim stopniu należy więc uzupełniać niedobór innym, konwencjonalnym źródłem energii.
XI.
Literatura
1)
Cennik 2003/2004 Z danymi technicznymi do projektowania, Ekologiczne Systemy Grzewcze, Paradigma
2)
Cieśliński J., Mikielewicz J. 1996 Niekonwencjonalne źródła energii Wydawnictwo politechniki Gdańskiej.
3)
Grochowicz E., Korytkowski J. 1996 Ochrona przyrody i wód, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne.
4)
Lewandowski W. M., 2007: Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
5)
Natkaniec P., Laszuk A., wrzesień 2007: Czysta Energia.
6)
Nowicki M., lipiec-sierpień 2007: Czysta Energia.
7)
Pyłka-Gutowska E. 2001 Ekologia z ochroną środowiska, Wydawnictwo OŚWIATA.
8)
Raport dla wykazania postępu w wypełnianiu przez Polskę zobowiązań Protokołu z Kiyto zgodnie z Decyzją 22/CP.7 i 25/CP.8 Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu- UNFCCC, Ministerstwo Środowiska,
2006.
9)
Wiśniewski G., Gołębiowski S., Gryciuk M., 2001: Kolektory słoneczne poradnik wykorzystania energii słonecznej, Centralny Ośrodek Informacji Budownictwa.
10)
Zapałowicz Z., 2001: Warunki Techniczne, ekonomiczne, i ekologiczne budowy instalacji kolektorów słonecznych w Polsce. Sympozjum „Techniczne, Ekologiczne i Ekonomiczne Aspekty Energii Odnawialnych”.
Strony internetowe:
1)
http://www.arcada.com.pl/dompasywny
2)
http://www.budnet.pl/dlaczego_warto_instalowac_kolektory_sloneczne,aktualnosci_budowlane,i=748.html
URL:
3)
http://www.budynkipasywne.pl/
4)
http://ekoenergia.dzien-e-mail.org/content/view/267/65/
5)
http://www.mos.gov.pl
6)
http://pl.wikipedia.org/wiki/energetyka_s%c5%82oneczna#ogniwo_fotowoltaiczne
7)
http://www.silesia-region.pl
8)
http://www.systemyogrzewania.pl/aktualnosci/aktualnosci.asp?id_artykulu=721
XII.
Załączniki
1)
Wniosek o udzielenie kredytu we współpracy z WFOŚiGW.
2)
Zasady udzielania kredytów na inwestycje w zakresie odnawialnych źródeł energii.
3)
Certyfikat gwarantowanego uzysku rocznego z kolektora CPC Star Azzuro.
4)
Certyfikat gwarantowanego uzysku rocznego z kolektora Solektor GFK6240.
[wartość 0,33PLN/kWh wyliczona jest i podana na stronie 54 ]
URL:
URL:
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
model systemu produkcyjnego na przykladzie konkretnej firmy
Model systemu produkcyjnego na przykładzie konkretnej firmy (14)
Model systemu produkcyjnego na przykładzie konkretnej firmy
R5-4 [Oobowiązywanie aktu na przykładzie ustawy (casus bez vl)], Obowiązywanie aktu normatywnego w s
1 System logistyczny na przykładzie dystrybucji opakowań metalowych przeznaczonych
Systemy plików na przykładzie FAT32 i NTFS
Motywacyjna rola systemu wynagrodzen na przykladzie przedsiebiorstwa Pol Hun [ www potrzebujegotowki
System prezydencki na przykładzie USA
Ekonomiczne konsekwencje wzrostu podatków na przykładzie rynku tytoniowego, Polityka, Instytus globa
Prezentacjia i analiza wdrożenia systemu SAP na przykładzie PRZEDSIĘBIORSTWA ORKLA PRESS POLSKAx
Model systemu produkcyjnego na przykładzie konkretnej firmy (13)
model systemu produkcyjnego na przykladzie konkretnej firmy
2 Instalacja systemu Linux na przykładzie dystrybucji Fedora
Systemy plików na przykładzie FAT32 i NTFS
Praktyczne rozwiązania organizacyjne zapewniające realizację cech organizacji jako system otwarty na
więcej podobnych podstron