Wybrane technologie - Przegląd przykładowych rozwiązań w obszarze OZE
Odnawialne źródła energii
Instalacje fotowoltaiczne
Energia słoneczna jest najbardziej dostępnym i najpowszechniejszym rodzajem energii odnawialnej na Ziemi. W Polsce w zależności od miejsca, Słońce dostarcza w ciągu roku od 900 kWh do 1200 kWh na każdy m2 powierzchni poziomej. W Polsce około 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypadka na 6 miesięcy sezonu wiosenno-letniego(kwiecień-wrzesień).
Ogniwa fotowoltaiczne dzielimy na monokrystaliczne, polikrystaliczne oraz cienkowarstwowe. Materiałem najpowszechniej używanym do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krzem. Panele fotowoltaiczne składają się nie tylko z ogniw, ale także inwertera (falownika), który przekształca prąd stały w prąd przemienny oraz okablowania, licznika energii dwukierunkowego, stelaży i innych niezbędnych urządzeń. Instalacje PV mogą pracować w systemie wyspowym (off-grid)czyli bez podłączenia do sieci, lecz znacznie częściej stosowane jest rozwiązanie podłączenia do sieci czyli on-grid.
Na sprawność modułu fotowoltaicznego ma wpływ miejsce montażu, kąt nachylenia względem płaszczyzny poziomej (kąta padania promieni słonecznych) oraz kierunku odchylenia geograficznego, inaczej mówiąc czy bardziej instalacja jest skierowana w stronę południa, wschodu czy zachodu. Oczywiście na sprawność instalacji ma także wpływ jej rodzaj i inne parametry np. stopień zacienienia.
Kolektory słoneczne
Kolektor słoneczny jest to urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Energia słoneczna docierająca do kolektora zamieniana jest na ciepło nośnika grzewczego, którym może być ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze). Popularne typy kolektorów to cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do podgrzewania wody użytkowej, podgrzewania wody basenowej, wspomagania centralnego ogrzewania, chłodzenia budynków lub do wytworzenia ciepła technologicznego. Zamiana energii promieniowania słonecznego na ciepło zachodzi poprzez absorber.
Kolektory płaskie mają najprostszą budowę i między innymi dlatego są najbardziej popularne. Kolektory próżniowe zbudowane są z ułożonych równolegle rur szklanych, połączonych z poprzeczną rurą czołową. Każda szklana rura ma w środku próżnię. Absorber w tych kolektorach jest umieszczony wewnątrz rurki.
Przy wyborze optymalnego kąta nachylenia do pozycji horyzontalnej (kąt nachylenia względem płaszczyzny podłoża) musimy brać pod uwagę przede wszystkim okres pracy instalacji (lato/zima/cały rok). Czasami instalacja solarna ma także wspomagać pracę instalacji ogrzewania. Kolektory słoneczne nie powinny znajdować się w miejscach zacienionych, gdyż znacznie spada ich sprawność. Podobnie gdy instalacja jest mocno zabrudzona, sprawność instalacji jest znikoma.
Elektrownie wiatrowe
Wiatr wywoływany jest przez różnicę ciśnień między poszczególnymi strefami cieplnymi Ziemi oraz przez siłę Coriolisa, związaną z jej ruchem obrotowym. Jego energia kinetyczna przekształcana jest w energię elektryczną wykorzystując turbiny wiatrowe. Rozkład prędkości wiatru uzależniony jest od warunków topograficznych, ale przyjmuje się, że w przypadku energetyki wiatrowej, pas pomorski ma bardzo korzystne warunki do rozwoju tego rodzaju technologii.
Podczas ruchu mas powietrza, wiatr omiata łopaty wirnika wprowadzając je w ruch obrotowy. Wał łopat wirnika jest połączony z układem przekładni oraz dalej z generatorem energii elektrycznej, zamieniającym energię mechaniczną zgromadzoną na wale w elektryczną.
Podstawowy podział turbin wiatrowych to działające w pionowej osi obrotu oraz poziomej osi obrotu. Turbiny o pionowej osi obrotu są raczej przeznaczone na tereny zurbanizowane ze względu na cichą pracę, niewielką prędkość początkową wiatru przy której wytwarzają prąd oraz przez swoją estetykę. Generują też mniej drgań. Z drugiej strony w przypadku instalacji większych mocy lepszym rozwiązaniem są te o poziomej osi obrotu czyli z klasycznymi najczęściej trzema łopatami.
Elektrownie wodne
Energia płynącej wody była wykorzystywana przez człowieka już od najdawniejszych czasów gdy koło wodne zamieniało energię potencjalną wody na energię mechaniczną. Dzisiejsze elektrownie wodne wykorzystują podobne zasady. Elektrownia wodna działa przez zjawisko spadku lub przepływu strumienia wody do napędzenia turbiny wodnej, która z kolej przetwarza energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami. Obracający się wirnik napędza generator wytwarzający energię elektryczną.
Elektrownie wodne możemy podzielić na przepływowe, derywacyjne, zbiornikowe oraz szytowo-pompowe. Jedną z zalet elektrowni wodnych jest ich możliwy szybki rozruch. Budowa elektrowni wodnych nie należy do najtańszych. Elektrownie wodne mają też spory wpływ na środowisko naturalne przykładowo mogą przyczynić się do zalania okolicznych terenów, zamulenia zbiornika wodnego, erozji brzegów czy też utrudniać wędrówki ryb na tarło. Między innymi z tych względów budowa nowych lub rozbudowa istniejących elektrowni powinna zostać wykonana w sposób przemyślany.
Biogazownie
Biogazownia jest to zakład produkujący biogaz z biomasy roślinnej, odchodów zwierzęcych, odpadów organicznych (na przykład z przemysłu spożywczego), odpadów poubojowych lub osadu biologicznego ze ścieków. W biogazowniach jako substratów używa się organicznych materiałów wsadowych, takich jak odpady spożywcze, tłuszcze lub osad ściekowy.
Biogaz powstaje w wyniku beztlenowej fermentacji metanowej, a substratem służącym do jego wytworzenia jest biomasa pochodząca z przetwórstwa rolno-spożywczego oraz hodowli, m.in. kiszonka z roślin energetycznych (np. kukurydzy, traw, żyta), odpady z przetwórstwa rolno-spożywczego (m.in. wysłodki buraczane, wytłoki owocowo-warzywne), gnojowica, obornik itp. Surowce pozyskiwane są często z lokalnych zakładów produkcyjnych i przetwórczych oraz z gospodarstw rolnych.
Biogazownie składają się miedzy innymi z fermentatorów, zbiorników magazynowania, stacji pomp, jednostką separatora czy też maszynowni z agregatem kogeneracyjnym. Aby oszacować nakłady inwestycyjne na budowę biogazowi, należy określić jej podstawowe parametry techniczne. Konstrukcja biogazowi zależy od jej materiału wsadowego. O wykorzystaniu biogazu jako nośnika energii decyduje w znacznej mierze obecność metanu w jego składzie.
Pompy ciepła
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) jest to energia odnawialna pochodząca z wnętrza Ziemi. Energia geotermalna może być między innymi pobierana za pomocą gruntowych pomp ciepła z wymiennikiem poziomym lub pionowym. Przy małym strumieniu ciepła geotermalnego pobieranie dużej ilości ciepła może doprowadzić do wychłodzenia skał lub spadku ciśnienia w zbiorniku. Energia geotermalna jest powszechnie wykorzystywana na całym świecie. Stopień eksploatacji zależy głównie od dostępności źródeł ciepła. Bardzo dobre warunki termalne posiada Islandia.
Pompa ciepła jest to urządzenie pracujące na podobnej zasadzie jak lodówka. Pobiera ciepło z dolnego źródła np. gleby, stawu, powietrza i oddaje je do górnego źródła ciepła czyli do pomieszczeń znajdujących się w domu. Jest to maszyna wymuszająca przepływ ciepła z obszaru o niższej temperaturze do obszaru o temperaturze wyższej. Pompa ciepła uzyskuje największe skuteczności energetyczne w połączeniu z ogrzewaniem niskotemperaturowym (ogrzewanie podłogowe). W przypadku budynków starych, gdzie nie nastąpiła termomodernizacja obiektu, nie zaleca się stosowania pompy ciepła bez wcześniejszego jego ocieplenia, gdyż sprawność pompy będzie wówczas znikoma i zacznie działać jak “droga grzałka”.
Strona internetowa została stworzona wyłącznie w celach edukacyjnych i nie może zostać wykorzystywana do celów komercyjnych zarówno w części jak i w całości
Bibliografia:
[1] Na Pomorzu otwarto największą farmę fotowoltaiczną w Europie Środkowo-Wschodniej (swiatoze.pl)
[2] Photovoltaik adlershof – Photovoltaik – Wikipedia
[3] Kolektor słoneczny – Wikipedia, wolna encyklopedia
[4] Elektrownia wiatrowa – Wikipedia, wolna encyklopedia
[5] Elektrownia wodna – Wikipedia, wolna encyklopedia
[6] Biogazownia – Wikipedia, wolna encyklopedia
[8] Schemat pracy pompy ciepła – Okiem inżyniera (okieminzyniera.pl)