Odnawialne źródła energii - rodzaje, charakterystyka

Odnawialne źródła energii OZEOdnawialne źródła energii OZE w coraz większym stopniu pokrywają zapotrzebowanie energetyczne, zwłaszcza rozwiniętych krajów Europy Zachodniej i świata. Polska, według założeń rządowych, tą drogą powinna zaspokajać 15% swoich potrzeb energetycznych.

Rodzaje i charakterystyka odnawialnych źródeł energii

Darmowa energia cieplna i elektryczna wytwarzana jest na trzy sposoby:

  1. instalacje fotowoltaiczne zamieniają energię słoneczną na prąd elektryczny;
  2. kolektory słoneczne wykorzystują energię słoneczną do podgrzewania wody na potrzeby gospodarstw domowych;
  3. przydomowe elektrownie wiatrowe produkują prąd wykorzystując energię wiatru.

    Instalacja fotowoltaiczna

    Instalacje fotowoltaiczne bezpośrednio przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną. Jest to możliwe, przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego. Pojedyncze krzemowe ogniwa pozwalają na uzyskanie mocy około od 1 do kilku wat, dlatego łączone są w panele fotowoltaiczne z kilku tysięcy ogniw. O solidności konstrukcji paneli słonecznych może świadczyć, że powinny pracować przez okres 20 - 30 lat bez konieczności ich wymiany.

    Systemy instalacji fotowoltaicznych

    Przydomowe instalacje fotowoltaiczne mogą być połączone z siecią energetyczną lub pracować w sposób od niej niezależny.

    • System on-grid oznacza przyłączenie domowej instalacji fotowoltalicznej do sieci energetycznej. Jest wtedy możliwość uzupełniania zapotrzebowania domu na energię w chwilach spadku nasłonecznienia. Nadmiar energii elektrycznej, produkowanej przez panele słoneczne, może być także magazynowany w sieci, a nawet rozliczany finansowo przy użyciu net-meteringu.
    • System off-grid zakłada całkowitą niezależność instalacji od sieci zewnętrznych. Nadaje się do zasilania w energię elektryczną środków transportu - łodzi, przyczep kempingowych, kamperów, oddalonych niewielkich zabudowań, oświetlenia znaków drogowych, reklam i latarni ulicznych. Wymaga wyposażenia w akumulatory magazynujące wytworzoną energię do wykorzystania w niesprzyjających warunkach nasłonecznienia.

    Elementy domowej instalacji fotowoltaicznej

    Panele słoneczne to nie jedyne elementy, pozwalające na bezproblemowe wykorzystanie elektryczności ze Słońca.

    • Falownik (inwerter) przekształca prąd stały o napięciu 12 V, a taki wytwarzają panele fotowoltaiczne, na prąd przemienny. Napięcie po wyjściu z falownika zmienia się na 230 V, a częstotliwość wynosi 50 Hz.
    • Akumulator - gromadzi nadmiar energii w szczytowym okresie jej produkcji przez panele słoneczne i oddaje przy jej spadku. Powinien być zastosowany w instalacji fotowoltaicznej niepodłączonej do sieci.
    • Regulator ładowania - kontroluje stopień naładowania i rozładowania akumulatora. Jego brak to sposób na szybkie zniszczenie tego ostatniego.

    Kolektory słoneczne

    Kolektory słoneczne używane są głównie do podgrzewania wody używanej w gospodarstwie domowym. Wykorzystują zjawisko absorpcji promieniowania słonecznego przez ciemną powierzchnię. Przepływający i podgrzewany w kolektorach czynnik trafia do wymiennika ciepła i tam podnosi temperaturę wody.

    Rodzaje kolektorów solarnych

    • Kolektor płaski ma niższą efektywność, ale jego niezaprzeczalną zaletą jest niższa cena. Promieniowanie słoneczne pochłaniane i zamieniane na ciepło jest przez płytę z miedzi, aluminium lub tworzywa sztucznego. Zaabsorbowane ciepło przenika do miedzianych rur, którymi płynie czynnik roboczy.
    • Kolektor rurowy próżniowy zbudowany jest ze szklanych rur, w których jest próżnia. Wewnątrz nich w kolejnych rurkach przepływa czynnik roboczy. Praca kolektora oparta jest na parowaniu czynnika w miejscu absorpcji i skraplaniu go w wymienniku ciepła. Skraplający się czynnik podgrzewa wodę użytkową

    Dodatkowymi elementami, niezbędnymi w instalacji kolektorów solarnych jest zbiornik na ciepłą wodę, zblokowany najczęściej z wymiennikiem ciepła. Zamontowana musi być także pompa wymuszająca obieg czynnika grzewczego na drodze kolektor - wymiennik i elementy regulujące temperaturę wody użytkowej.

    Wadą, jaką mają płaski kolektor słoneczny i rurowy kolektor słoneczny, jest niska wydajność przy słabym nasłonecznieniu. Najlepiej sprawdzają się w miesiącach letnich, w innych okresach zależne to jest od nasłonecznienia. Rurowy kolektor solarny może poprawnie pracować się w trudniejszych warunkach pogodowych.

    Energia elektryczna z wiatru

    Wiatr, ruch powietrza pod wpływem różnicy ciśnienia atmosferycznego, może dostarczyć do domowego gospodarstwa czystą, niezatruwającą środowiska energię elektryczną. Do wytworzenia prądu elektrycznego z tego odnawialnego źródła energii potrzebna jest elektrownia wiatrowa. Działanie elektrowni wiatrowych polega na zamianie energii kinetycznej poruszającego się powietrza na energię elektryczną przy użyciu generatora prądu.

    Widoczne olbrzymie wiatraki, z długimi na kilkanaście metrów śmigłami, są w stanie wytworzyć dużą ilość energii. Warto jednak dodać, że oprócz nich istnieją także małe, przydomowe elektrownie wiatrowe, zasilające w energię elektryczną pojedyncze domy.

    Typy przydomowych elektrowni wiatrowych

    Przydomowe elektrownie wiatrowe produkowane są w dwóch rodzajach

    1. Elektrownie wiatrowe o poziomej osi obrotu HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) - takie elektrownie widzimy najczęściej.
    2. Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) - zamiast tradycyjnego wiatraka skrzydła turbiny umieszczone są w pionie.

    Przymierzając się do instalacji przydomowej turbiny wiatrowej w gospodarstwie, należy brać pod uwagę moc, jaką jest w stanie wytworzyć. Podawana przez producentów moc nominalna często osiągana jest przy sile wiatru rzędu 8 do 9 m/s. W polskich warunkach dominują wiatry osiągające 4-6 m/s. Sprawność turbiny to około 20% - 40%.

    Systemy elektrowni wiatrowych

    Podobnie jak w przypadku fotowoltaiki, przydomowa elektrownia wiatrowa może być przyłączona do sieci - system on-grid, lub pracować samodzielnie - system off-grid. W tym drugim przypadku nadmiar energii elektrycznej trzeba magazynować używając akumulatorów.

    Przydomowa turbina wiatrowa może produkować prąd na potrzeby jednego odbiornika. Najczęściej są to urządzenia, które akumulują ciepło, np. instalacje wytwarzające ciepłą wodę lub ogrzewające pomieszczenia.

    Wykorzystanie siły wiatru do zasilania domu w energię elektryczną bywa w polskich warunkach problematyczne. Warunki wietrzne zmieniają się nie tylko w poszczególnych miesiącach danego roku, ale także w ciągu doby. Wpływ na siłę wiatru mają przeszkody terenowe.

    Ocena: 5.0

    Komentarze