Energia wiatrowa: Elektrownie wiatrowe przeznaczone sa do przetwarzania energii wiatru na energie mechaniczna, która dalej zamieniana jest na elektryczna. Sa to szybkoobrotowe elektrownie o osi poziomej. Trójlopatowy wirnik z nastawianymi automatycznie lopatami o odpowiednio dobranym profilu napedza poprzez przekladnie zebata generator asynchroniczny lub synchroniczny. Nadzór nad praca elektrowni zapewnia mikrokomputer. Elektrownia pracuje samoczynnie, bez nadzoru obslugi. W razie awarii komputer zatrzymuje elektrownie i sygnalizuje taki stan. Sposób podlaczenia elektrowni do sieci okresla wlasciwy dla danego terenu Rejon Energetyczny. Przy projektowaniu instalacji wiatrowej w pierwszej kolejnosci niezbedne jest zbadanie charakterystyki wiatru na przeznaczonym dla niej terenie: obliczenie sredniej rocznej predkosci wiatru oraz wyznaczenie jego dominujacych kierunków. Aby poznac charakterystyke wietrznosci wybranego obszaru nalezy przeprowadzic na nim co najmniej 12-miesieczne pomiary na wysokosci 40 lub 50 m.
Produkcja światowa: 1999 - 10GW, 2006-50GW, 2007-94GW. 2007- Europa 60GW, USA 17GW, Polska 0,35GW.
Zużycie paliw w Polsce: 60% en elekt - w.kam, 35-w.brun.,2-biomasa,3-gaz.
3 Możliwe propozycje dla inwestorów: 1) Zbudowanie małej elektrowni wiatrowej, tzw. Elektrownie przydomowe. Zwykle budowane dla polepszenia bilansu energetycznego odbiorcy, nie dla komercyjnej produkcji energii lub też są to instalacje do zapewnienia energii dla małych obiektów poza siecią energetyczną. W takim wypadku są one zwykle skojarzone z innymi źródłami, np. panelami fotowoltaicznymi. 2) Zastosowanie maszyn używanych. Głównym powodem takiego rozwiązania jest niska cena tych urządzeń, cena ta wynika niekoniecznie ze stanu technicznego tych maszyn lecz często z uwarunkowań oferenta. Starając się o pozwolenie na budowę nowych maszyn musi on w określonym terminie dokonać rozbioru istniejącej elektrowni lub farmy. 3) zakup nowych maszyn do komercyjnej produkcji energii.
ZA: Inwestor to IMW elektrownia, to produkcja energii min 2200 MWh/rok. Zatem przy cenie zielonej energii ok. 300 zł netto/MWh daje to roczne przychody w wys min 660000 zł+VAT. Gmina bo 1MW to inwestycja min 1 mln Euro czyli ok. 4 mln zł z czego zwykle 1/3 to podstawa do 2% podatku lokalizacyjnego (ok. 20-25tys). Zakład energetyczny bo produkcja 2200 MWh/rok pozwala im łatwiej wypełnić obowiązek pozyskania określonej ilości energii odnawialnej. Ekolodzy bo 2200 MWh energii odnawialnej to zmniejszenie emisji CO2 o 2780 ton, SO2 o 17,6 ton, NOx o 13,2 ton, pyłów ok. 2 ton, żużli i popiołów o 154 ton. Lokalni podwykonawcy gdyż konieczne będzie wykonanie projektów map, badań geologicznych, infrastruktury energetycznej, fundamentów.
PRZECIW: Ekolodzy ptaki i hałas. Urbaniści skażenie krajobrazu, Górnictwo bo zmniejsza to zapotrzebow na węgiel energetyczny.
Zasoby en wiatrowej: Ocena zasobów energii wiatr w warunkach Polski dokonywana jest na wysokościach charakterystycznych dla siłowni wiatrowych o małych 18mnpm, średnich 40mnpm, dużych mocach 60mnpm. Ocenę zasobów dla tych wysokości przeprowadzić można na 2 sposoby: zasoby teoretyczne en wiatr- przy założeniu 60% sprawności przetwarzania en kinetycznej wiatru w en elektryczną i stałą średnioroczną prędk wiatru, zas techniczne.
METODYKA SZACOWANIA POTENCJAŁU EN WIATR: Szacowany jest jako potencjał teoretyczny i techniczny (możliwy do pozyskania). Potencjał teoret określany jest przy założeniu maksymalnej 60% sprawności przetworzenia en kinet wiatr w en elektryczną i stałej prędkości wiatru: E=0,6*1/2*roAw^3*t. E-en wiatrowa [Wh], ro-gęstość powietrza [kg/m3], 0,6-współcz Betza dla turbin, A- powierzchnia przez którą przepływa strumień powietrza [m2] Zakłada się że szacunki dotyczące potencjału energii wiatru odnoszone są do 1m2 powierzchni, w-średnioroczna prędkość wiatru [m/s] na wysokość 18,40,60m. Prędkość gazu jest kluczowym parametrem., t- czas, w którym dokonuje się szacowania potencjału i do którego odnosi się wartość prędkości średniej [h].
m=Vro /:t, m' [kg/s]= V'ro=Avro[kg/m3], Ek=1/2 mv^2 /t, Pk=1/2 m'v^2=1/2Avrov^2= 1/2Av^3*ro.
F6=f'6*delta*8760, Vh=v14*(h/14)^(1/5). E6=P6*f6, Ec=suma Ek = sumak*fk=suma Pk*8760*delta*f.
Potencjał techniczny en wiatru możliwy do pozyskania: Etech= t całka(od w1do w2) [P(w)*f(w)]*dw, Etech- potencjał en wiatr technicz możliwej do pozysk (kwh/rok), P(w)- moc siłowni wiatrowej przy prędk wiatru w wg krzywej mocy [kw] w1-prędk startowa zgodnie z krzywą, w2-predk wyłączenia zgodnie z krzywą [m/s], f(w)-funkcja określająca częstość wiania wiatru z prędk w. Numerycznie: Etech=(suma Pk*fk*delta w)*8760 [kwh/rok]
W celu zwiększenia uzyskiwanej mocy budowane są tzw. farmy wiatrowe - zespoły wielu ustawionych obok siebie elektrowni wiatrowych.
Zalety elektrowni wiatrowych to: zaspokojenie rosnących potrzeb energetycznych ludności poprzez rozwój ekologicznie czystej energii, możliwość zasilania miejsc trudno dostępnych,wzrost udziału energii uzyskiwanej ze źródeł odnawialnych w bilansie energetycznym,możliwość aktywizacji terenów słabo zaludnionych lub o ubogich glebach. Wady elektrowni wiatrowych to:wysokie koszty instalacji, hałas, zmiany w krajobrazie,negatywny wpływ na populacje ptaków na danym terenie.
Turbina wiatrowa - urządzenie zamieniające energię kinetyczną wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika. Każda turbina wiatrowa posiada wirnik składający się z łopat i piasty umieszczonej na przedniej części gondoli ustawionej na wiatr. Wirnik przymocowany jest do głównego wału wspierającego się na łożyskach. Wał przenosi energię obrotów przez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elektryczną. Najczęściej obecnie spotykaną turbiną wiatrową jest turbina śmigłowa trójpłatowa (rzadziej dwu- lub jednopłatowa, ewentualnie o większej liczbie łopat), o poziomej osi obrotu, wirniku ustawionym "na wiatr", zamocowanym w gondoli. Całość umieszczona jest na wieży o wysokości do 100 m.
ENERGIA WODNA: ok. 20% ogólnej globalnej en elektr pochodzi z en wodnej. Pierwszy młyn napędzany wodą w 1264 r. rzeka Czarna w Połańcu.
TURBINA WODNA- (turb hydrauliczna) to silnik wodny przetwarzający en mechaniczną wody w ruch obrotowy wirnika w polu magnetycznym stojana. Budowa turbin Podstawowym elementem każdej turbiny jest łopatka która jest przymocowana do tarczy lub bębna. Łopatki są przymocowane na całym obwodzie bębna lub tarczy tworząc tak zwany wieniec łopatkowy lub palisadę łopatkową. Bęben bądź tarcza jest osadzona na wale; czasem są one wykonane jako jeden element. Wał razem z tarczą / bębnem i wieńcem łopatkowym stanowią wirnik turbiny, który się obraca w wyniku przepływu gazu bądź cieczy. Palisada na wirniku nazywa się palisadą wirnikową albo wieńcem wirnikowym. W turbinach osiowych (zwłaszcza w turbinach wielostopniowych) często wieniec wirnikowy musi mieć przed sobą nieruchomy wieniec kierowniczy zwany też kierownicą, który ma za zadanie odpowiednio ukierunkować czynnik padający na łopatki wirnika. Kierownica także składa się z łopatek i jest ona nieruchomo przymocowana do korpusu turbiny. Nie może ona stykać się z wirnikiem. Wieniec kierowniczy wraz z wieńcem wirnikowym stanowi jeden stopień turbiny osiowej. Ich liczba może być różna, najczęściej od kilkunastu do jednego. Liczba łopatek palisady wirnikowej jest na ogół inna niż w palisadzie kierowniczej. Całość jest zamknięta w korpusie pojedynczym lub podwójnym.
TURBINY WODNE dzielimy na: Akcyjne 25-500 m spadku np. turb Peltona w której wirnik z wklęsłymi łopatkami zasilany jest stycznie strumieniem wody z dyszy. Stosowana przy dużych spadkach (pionowe uderzenie w turbinę), Reakcyjne- turb Francisa dla średnich spadków 60-120 m, turb Kaplana turb śmigłowa dla małych spadków 1,5-25m (MEW) turb Tesli turb talerzowa- szczególny przypadek turb hydraul. Poziome napędzanie turbiny. W turbinach reakcyjnych musi występować zawirowanie wody gdyż są małe spadki. TURBINA FRANCISA: Część przepływową turbiny Francisa stanowią w kolejności: kierownica, wirnik, rura ssąca a także w wielu przypadkach specjalnie ukształtowana obudowa spełniająca rolę elementu doprowadzającego wodę do kierownicy w postaci spirali, leja lub kotła. Przeznaczeniem kierownicy jest zapewnienie dopływu określonej ilości wody do wirnika oraz odpowiednie ukierunkowanie strugi. W wirniku następuje zasadnicza przemiana energii wody na pracę mechaniczną, a także zmiana kierunku przepływu z promieniowego kierunku wylotu kierownicy na osiowy kierunek wylotu z wirnika. Z wirnika woda odpływa prostoosiową lub zakrzywioną rurą ssącą, której działanie polega na wytworzeniu podciśnienia na wylocie wirnika. Umożliwia to wykorzystanie części spadu, odpowiadającej odległości wirnika od zwierciadła wody w kanale odpływowym. Jednocześnie rura ssąca stwarza warunki do odzyskania części energii kinetycznej opuszczającej wirnik, co jest szczególnie ważne w turbinach szybkobieżnych. Wirnik turbiny Francisa składa się z dwóch wieńców zewnętrznego i wewnętrznego oraz z łączących ich łopatek. W wieńcu wewnętrznym są wykonane otwory odciążające, zapewniające zmniejszenie sił osiowych wywołanych naporem hydraulicznym.
Turbina Kaplana Różnica konstrukcyjna pomiędzy turbiną Francisa i Kaplana uwidacznia się szczególnie w budowie wirnika, konstrukcja kierownicy pozostaje natomiast właściwie niezmieniona. Wirnik turbiny Kaplana ma nastawialne łopatki, które obracają się w łożyskach osadzonych w piaście wirnika. Tak, więc typowa turbina Kaplana ma dwa regulowane zespoły - wirnik i kierownicę. Pomiędzy nastawieniami łopatek wirnika i kierownicy musi być zachowana ścisła zależność. Zapewnia to wysoką sprawność turbiny w szerokim zakresie obciążeń. Uproszczonym rozwiązaniem turbiny Kaplana jest turbina z pojedynczą regulacją (tylko łopatek wirnika lub tylko kierownicy). Jest to tzw. turbina śmigłowa, obecnie bardzo rzadko stosowana. Przez wiele lat turbina Kaplana (śmigłowa) była najczęściej instalowana w układzie pionowym, zabudowana w komorze spiralnej, blaszanej lub betonowej, z odprowadzeniem wody zakrzywioną rurą ssącą. W ostatnich latach bardzo szerokie zastosowanie znalazły liczne rozwiązania konstrukcyjne turbin Kaplana wykonywane w układzie rurowym, o osi poziomej lub ukośnej.
TURBINA TESLI: Tesla używa zestawu sztywnych metalowych tarcz, które zamiast przeciwstawiać się strumieniowi napędowemu pod ostrym kątem, wirują z płynną sprawnością równolegle do kierunku przepływu. Turbina Tesli jest bezwibracyjna, ponieważ płyn napędzający porusza się "po naturalnych ścieżkach lub liniach strumienia, stawiających najmniejszy opór nie napotykając wymuszenia lub zaburzeń przepływu". Ruch turbiny może być z łatwością odwrócony przez wprowadzenie płynu napędowego przez zawór doprowadzający z drugiej strony.
Wykorzystanie zasobów wodnych uzależnione jest od dwóch czynników średniego przepływu i spadku.
Moc teoretyczna cieku wodnego wyrażana jest wzorem: Pśr teor=9,81*Qśr.*Hśr [kW], gdzie Qśr.- wieloletni przepływ średni [m3/s], Hśr- spad analizowanego odcinka rzeki [m]. Teoretyczna energia uzyskana dla rozpatrywanego odcinka rzeki rocznie: Eśr=8760*Pśr [kWh] .
E=mgH, m=Qtro, E=QtrogH=Qt*1*9,81*H, P=E/t Funkcje hiperboliczne zamieniają się w funkcje liniowe.
KLASYFIKACJA ELEKTROWNI WODNYCH POD WZGLĘDEM RODZAJU
1. Elektrownie z naturalnym dopływem wody:
-elektrownie regulacyjne - inaczej zbiornikowe, tzn., że przed elektrownią znajduje się zbiornik wodny, który wyrównuje sezonowe różnice w ilości płynącej wody;
- elektrownie przepływowe, które nie posiadają zbiornika, więc ilość wyprodukowanej energii zależy od ilości wody płynącej w rzece w danym momencie.
Zasada działania elektrowni wodnych: woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę.
2. Elektrownie szczytowo - pompowe, które znajdują się pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi - tzn. górny i dolnym. Te elektrownie umożliwiają kumulację energii w okresie małego zapotrzebowania na nią przez pompowanie wody ze zbiornika dolnego do górnego. Natomiast w okresie większego zapotrzebowania energia wyzwalana jest przez spuszczane wody ze zbiornika górnego do dolnego za pomocą turbin wodnych. Zasada działania jest następująca: woda ze zbiornika górnego w godzinach szczytowego poboru mocy spuszczana jest w dół; na końcu trafia na turbinę z generatorem i wytwarza prąd. Najczęściej nocą, gdy zapotrzebowanie na prąd elektryczny w sposób naturalny radykalnie spada - przeprowadza się cykl odwrotny. Silnik napędzający turbinę (w poprzednim cyklu pełnił rolę generatora) pobiera energię elektryczną z sieci - o tej porze jest jej nadmiar i należałoby odstawić bloki w elektrowniach cieplnych, co jest i nieekonomiczne, i kłopotliwe technicznie, elektrownia szczytowo-pompowa akurat odbiera nadmiar mocy. W ciągu 6 godzin zbiornik górny jest ponownie napełniony. Zbiornik górny jest tak umieszczony, aby istniejący dopływ pokrywał straty wody (wsiąkanie, parowanie). Moc zużywana na przepompowanie wody do górnego zbiornika jest tylko wtedy mniejsza niż uzyskana podczas jej spadu, gdy czas pompowania jest odpowiednio dłuższy od czasu przepływu w dół, chociaż energia zużywana na przepompowanie jest zawsze większa od energii uzyskanej, gdyż sprawność wynosi około 0,7. Bilans ekonomiczny pracy elektrowni pompowej jest jednak dodatni, gdyż energia zużywana na pompowanie jest tańsza niż energia uzyskana w godzinach szczytu, ponieważ pobiera się ją z sieci w czasie małego zapotrzebowania w systemie energetycznym.
Potencjał hydroenergetyczny: polska: 2005: 36 Gw, w tym 2,3 gw wodnej, 2007-produkc całk 157 TJ, w tym wodna ok. 2,5 TWh ok. 1,5%. Polska wykorzystuje swoje zasoby w 12%, Niemcy 80%, Francja 100%, Norwegia 84%.
Hydroenergetyka w Polsce: Mała elektrownia wodna MEW dla obiektów o mocy zainstalowanej do 0,5 MW. Stosuje się jeszcze wewnętrzny podział MEW na: mikro elektrownie wodne, mini elektrownie wodne i małe elektrownie wodne. Zalety MEW:
wytwarzanie "czystej" energii elektrycznej, zużywanie niewielkich ilości energii na potrzeby własne, ok. 0,5-1%, przy ok.10% w przypadku elektrowni tradycyjnych, niewielki nadzór techniczych do ich obsługi, mogą być sterowanie zdalnie - nie wymagają licznego personelu,
możliwość wykorzystywania energii z tych źródeł przez lokalnych odbiorców tak, że można mówić o minimalnych stratach przesyłu, awaryjne źródło energii w przypadku uszkodzenia sieci przesyłowej, regulują stosunki wodne w najbliższej okolicy, co może mieć wpływ na obszary rolnicze, budowa budowli piętrzącej powoduje powstanie zbiornika wodnego, który stając się cennym elementem krajobrazu może decydować o rozwoju turystyki i rekreacji w danym regionie, stworzenie nowych miejsc pracy - wykonywane przy użyciu miejscowych materiałów i siły roboczej, a ich prostota techniczna powoduje wysoką niezawodność i długą żywotność, budowla piętrząca może również w pewnym stopniu osłabić wielkość zatapiania okolic w przypadku występowania powodzi, nie zanieczyszczają środowiska i mogą być instalowane w licznych miejscach na małych ciekach wodnych, krótki okres od projektu do realizacji - mogą być zaprojektowane i wybudowane w ciągu 1-2 lat, wyposażenie jest dostępne powszechnie, a technologia dobrze opanowana, rozproszenia w terenie skraca odległości przesyłu energii i zmniejsza związane z tym koszty. Negatywne oddział: zmniejszenie naturalnego przepływu wody.
Energia kinetyczna prądów morskich: fermy wiatraków podwodnych, zalety: dla wody płyn z prędk 2-3 m/s turbina dostarcza 4 razy więcej energii, utrudnienia: problemy z montażem i konserwacją urządzeń, silnie agresywne środowisko (korozja w słonej wodzie a także działanie flory i fauny)
Energia pływów: pływy są źródłem en o mniejszym potencjale (szacuje się możliwe do wykorzysta jest 200gw) niż prądy morskie ale za to bezpieczniejsze i lepiej poznane. Energię pływów można wykorzystywać zarówno w czasie przypływów jak i odpływów. Niestety budowa elektrowni pływowych jest bardzo kosztowna, a ponieważ pora przypływów i odpływów ulega nieustannej zmianie, to wytwarzają one energię niekoniecznie w czasie zwiększonego zapotrzebowania. Na szczęście
jednak pory przypływów i odpływów można z wyprzedzeniem przewidywać, co ułatwia planowanie rozkładu obciążeń między inne elektrownie. Elektrownie pływowe stanowią nieprzekraczalną barierę dla ryb, poważnie utrudniają też transport morski.
Energia falowania- moc ocenia się na 3TW. Jako źródło energii fale morskie mają dwie zasadnicze wady. Ich energia , w odróżnieniu od energii pływów, rozproszona jest na ogromnym obszarze oceanu. Po drugie zaś - stan morza uzależniony jest od kaprysów pogody i w zależności od nich podlega trudnym do przewidzenia wahaniom. Największym problemem jest zmienność wysokości fal i wytrzymałość
elektrowni.
elektrownie pneumatyczne - fale wymuszają w nich ruch powietrza, które napędza
turbinę.
elektrownie mechaniczne - wykorzystują siłę wyporu do poruszania się prostopadle do dna, co powoduje obracanie się wirnika połączonego z prądnicą
elektrownie indukcyjne - wykorzystują ruch pływaków do wytwarzania energii
elektrycznej poprzez zastosowanie poruszających się wraz z pływakami cewek w polu magnetycznym
elektrownie hydrauliczne - w których przez ścianki nieruchomego zbiornika
przelewają się jedynie szczyty fal, a woda wypływająca ze zbiornika napędza turbinę.
ENERGIA SŁONECZNA: Kolektory słoneczne zamieniają energię słoneczną na energię cieplną. Uzyskana w ten sposób energia cieplna gromadzona jest w zasobnikach, za pośrednictwem których może być wykorzystywana do ogrzewania mieszkań i do produkcji ciepłej wody. W warunkach geograficznych Polski instalacje solarne najczęściej wykorzystywane są do podgrzewania wody użytkowej. Pozwalają zaoszczędzić całorocznie ok. 60% energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody i sezonowo do 90% energii potrzebnej do podgrzewania wody w basenach kąpielowych.
Kolektory można podzielić na: płaskie: gazowe, cieczowe, dwufazowe, rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury). Budowa i zasada działania kolektora słonecznego Płaski kolektor słoneczny jest najprostszym i najbardziej rozpowszechnionym urządzeniem, stosowanym w tym celu. Zasada działania kolektora słonecznego polega na zamianie (konwersji) energii promieniowania słonecznego w ciepło i przekazanie go czynnikowi roboczemu. Elementem, w którym następuje przekazanie tej energii jest absorber. Większość kolektorów przykrytych jest szybą solarną. Im więcej promieniowania słonecznego przepuści szyba, tym więcej dotrze go do absorbera. Absorber nagrzewając się, pochłania przepuszczone promieniowanie słoneczne. Ciepło jest odbierane z płyty absorbera przez czynnik roboczy, płynący w zintegrowanym z absorberem, najczęściej miedzianym, rurociągu. Podczas jednokrotnego przepływu, temperatura czynnika rośnie zwykle o kilka do kilkunastu stopni. Przyrost temperatury zależy od natężenia promieniowania słonecznego docierającego do absorbera i prędkości przepływu czynnika roboczego przez rurociąg w absorberze. Czynnikiem roboczym może być woda, ale w przypadku całorocznego użytkowania kolektorów słonecznych należy zastosować płyn niezamarzający. W celu zredukowania strat energii stosuje się płyty osłonowe oraz izolację cieplną odwrotnej strony płaskiego kolektora ze styropianu lub wełny mineralnej. Jako materiał konstrukcyjny absorbera stosuje się: miedź, aluminium, stal lub mosiądz. Lekka i szczelna konstrukcja kolektorów umożliwia ich montaż zarówno w połaci dachowej, na stelażu nad dachem jak i na fasadzie budynku.
Systemy solarne mogą zamiast cieczy wykorzystywać powietrze jako czynnik unoszący ciepło. Własności fizyczne powietrza są zasadniczo różne niż stosowanych w układach słonecznych cieczy, co powoduje, że:powietrze nagrzewa się szybciej, przez co temperatura użyteczna będzie osiągana już przy mniejszych poziomach nasłonecznienia,w systemach powietrznych magazynowanie ciepła będzie droższe, a transport energii powinien odbywać się bezpośrednio,odbiór ciepła z absorbera przez powietrze jest mniej wydajny niż w przypadku cieczy,wymagane jest większe natężenie przepływu czynnika, co wymaga zużycia większej ilości energii elektrycznej.
Głównym elementem kolektora próżniowego są szklane rurki absorbujące - dwuścienne rurki szklane. Pomiędzy ściankami: wewnętrzną i zewnętrzną tych rurek istnieje próżnia. Wewnętrzna rurka szklana ma selektywną powłokę absorbującą. Próżnia pozwala na uniknięcie niezamierzonych strat ciepła. Kilka rurek połączonych szeregowo lub częściej przez rozdzielacz tworzą kolektor słoneczny. Tylna ścianka kolektora wykonana jest z lustrzanej stali dzięki czemu rurki kolektora są naświetlane także z kierunku przeciwnego do kierunku padania promieni słonecznych, co pozwala na wykorzystanie również promieniowania rozproszonego. Zaletą kolektorów próżniowych są wysokie temperatury uzyskiwane przez czynnik grzewczy, rzędu 150oC, tak że kolektory te mogą służyć do ogrzewania wody oraz do produkcji pary wodnej. W polskich warunkach klimatycznych kolektory próżniowe wytwarzają energię do 600 kWh na 1m2 kolektora w ciągu roku. Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości energii promieniowania słonecznego, docierającego do kolektora. Sprawność kolektora spada wraz ze wzrostem różnicy temperatury pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem. Instalacja solarna stanowi zespół dobranych do siebie urządzeń takich jak: kolektory słoneczne, układ sterująco - zabezpieczający i zasobnik wody użytkowej (lub przepływowy wymienniki ciepła).
Obliczenia należy wykonać, biorąc pod uwagę:nasłonecznienie w danym regionie, indywidualne zużycie ciepłej wody, pożądaną temperaturę ciepłej wody (przyjmuje się 45oC).
OGNIWA I MODUŁY FOTOWOLTAICZNE Gdy promienie słoneczne padają na materiał o niejednorodnej strukturze, w materiale powstaje siła elektromotoryczna - na tym polega efekt fotowoltaiczny. Ogniwo fotowoltaiczne to krzemowa płytka półprzewodnikowa, wewnątrz której istnieje bariera potencjału (pole elektryczne), w postaci złącza p-n (positive - negative). Padające na fotoogniwo promieniowanie słoneczne wybija elektrony z ich miejsc w strukturze półprzewodnika, tworząc pary nośników o przeciwnych ładunkach (elektron z ładunkiem ujemnym i z ładunkiem dodatnim „dziura”, powstała po jego wybiciu). Ładunki te zostają następnie rozdzielone przez istniejące na złączu p-n pole elektryczne, co sprawia, że w ogniwie pojawia się napięcie. Wystarczy do ogniwa podłączyć urządzenie pobierające energię i następuje przepływ prądu elektrycznego. Ogniwa fotowoltaiczne łączone są po kilkadziesiąt w moduły fotowoltaiczne, co pozwala uzyskać niezbędną moc i odpowiednie napięcie. Z modułów budowane są z kolei systemy fotowoltaiczne, wśród których wyróżnia się:
systemy podłączone za pomocą falownika do trójfazowej sieci elektroenergetycznej
i systemy autonomiczne, zasilające bezpośrednio urządzenia prądu stałego.
Ogniwa fotowoltaiczne (PV), są - dzięki absorpcji i konwersji promieniowania słonecznego - źródłem energii elektrycznej.
Z punktu widzenia ochrony środowiska, w porównaniu do produkcji energii elektrycznej w oparciu o paliwa kopalne, każdy kW instalacji fotowoltaicznej pozwala zaoszczędzić do 16 kg NOx i 9 kg SOx, a jednocześnie od 600 do 2300 kg CO2, w zależności od składu paliwa i natężenia promieniowania słonecznego.
Maksymalna wartość generowanego napięcia dla pojedynczego ogniwa krzemowego nie przekracza 0,6V, a moc osiąga wartość od 1 do 2W. Dla zastosowań praktycznych wymagane jest znacznie większe napięcie elektryczne, dlatego pojedyncze ogniwa łączy się ze sobą szeregowo, równolegle lub szeregowo-równolegle, tworząc w ten sposób moduły fotowoltaiczne. Duże instalacje, składające się z wielu połączonych w jeden układ generujący energię, modułów - przekazują energię elektryczną do sieci energetycznej. Podstawowym kryterium doboru modułów jest wymagana moc nominalna (od 2-4 kW dla domu jednorodzinnego do kilkuset megawatów dla instalacji naziemnych o największej skali) oraz miejsce montażu (dach o określonym nachyleniu, elewacja budynku, samodzielny system na stelażu) z uwzględnieniem wielkości systemu. Przy wyborze rodzaju modułów PV należy wziąć pod uwagę, jak różne rodzaje ogniw pracują w warunkach zmiennego nasłonecznienia (ogniwa cienkowarstwowe osiągają lepsze efekty przy słabym nasłonecznieniu niż ogniwa krystaliczne), w warunkach częściowego zacienienia, w zmiennej temperaturze. Na świecie dominują moduły z krystalicznego krzemu: mono- i polikrystaliczne (prawie 90% wszystkich stosowanych w instalacjach naziemnych modułów). Standardowy moduł składa się z 36-72 ogniw połączonych szeregowo-równolegle i generuje 50-140 W przy natężeniu promieniowania 1000 W/m2. Najpoważniejszym problemem podczas projektowania samodzielnych układów fotowoltaicznych jest dopasowanie wielkości źródła zasilania (mocy modułów PV) i baterii akumulatorów do poziomu zapotrzebowania na energię elektryczną na podstawie oszacowanego dziennego zużycia energii elektrycznej. Sytuacja staje się trudniejsza, gdy źródło to ma być wystarczające przez cały rok. Na niektórych obszarach prowadzi to do nieekonomicznego zwiększenia powierzchni modłów fotowoltaicznych i baterii akumulatorów. Dlatego w przypadku korzystania z obiektu, wyposażonego w instalację PV przez cały rok zaleca się użycie systemu, w którym jest ona wspomagana przez inne źródło energii elektrycznej w okresach niewystarczającego nasłonecznienia.