Poradnik inwestowaniaw zielone technologie

uwolnij energię!

Spis treści

Wprowadzenie ..................................................1

OZE w Polsce ...................................................2

Energia słoneczna .............................................7

Fotovoltaika....................................................15

Energetyka wiatrowa.......................................25

Dotacje..........................................................36

Słowniczek .....................................................42

Wprowadzenie

Energia odnawialna, kolektory słoneczne – co to jest?Pojęcie energii odnawialnej (w tym słonecznej) wielokrotnie da się usłyszeć w te-lewizji, radio czy przeglądając zasoby internetu. Coraz częściej widzimy samo-wystarczające oświetlenie przejść dla pieszych i sygnalizacji świetlnej czy ko-lektory na dachach domów. Nieodnawialne źródła energii, czyli takie, którychwykorzystanie postępuje znacznie szybciej niż ich naturalne odtwarzanie, stająsię coraz droższe. Historia pokazuje nam, że wzrost cen lub odcięcie dostawmoże być przyczyną konfliktów wojennych, jak to było w przypadku agresji Japoniina Stany Zjednoczone podczas II wojny światowej. Energia odnawialna, w tymsłoneczna, jest powszechna, darmowa i dostępna. Promienie słoneczne –w mniejszym lub większym stopniu – docierają w każde miejsce na Ziemi. Dziękizastosowaniu nowoczesnych technologii, niższych cen oraz niewielkich stratenergii instalacje solarne potrafią wspierać standardowe instalacje grzewczew naszych domach znacznie obniżając bieżące koszty standardowych nośnikówenergii. Wykorzystanie energii słonecznej wiąże się dodatkowo z niezależnościąw zakresie dostaw energii oraz satysfakcją, że dba się o środowisko.

OZE w PolsceOdnawialne źródła energii w Unii EuropejskiejRozwój technologiczny świata, w tym Unii Europejskiej rodzi duże zapotrzebo-wanie na energię elektryczną. Dzisiejszy świat został tak ukształtowany, że bezniej nie będzie w stanie funkcjonować. Wszystkie dziedziny przemysłu – w mniej-szej lub większej części – nie są w stanie działać bez energii. Przerwy w dosta-wach prądu (Szczecin, rok 2012 – awaria, 48 godzin bez prądu – totalna anar-chia w mieście) zdarzają się teraz, a w najbliższych latach mają występowaćcoraz częściej. Cały system finansowy, bankowość, nie może funkcjonować bezenergii. Możemy sobie wyobrazić, jakie byłyby tego konsekwencje.Energia ze źródeł odnawialnych w kolejnych latach stanowić będzie duży składnikbilansu energetycznego Polski, jak i Unii Europejskiej. Rozpoczęty proces inte-gracji z Unią Europejską z jednej strony zobowiązuje nas do podejmowaniadziałań na rzecz promocji i rozwoju wykorzystania odnawialnych źródeł energii,z drugiej strony daje szansę na skorzystanie z istotnej pomocy wspólnoty w tejdziedzinie (np. dyrektywa UE 2009/29/WE).Rozwój odnawialnych źródeł energii stwarza duże możliwości szczególnie lokalnymspołecznościom na utrzymanie niezależności energetycznej, rozwoju regional-nego, utworzenie nowych miejsc pracy, a także na proekologiczną modernizacjęmiejscowości, gminy czy powiatu, oraz dywersyfikację i decentralizację krajowegosektora energetycznego. Ważnym faktem jest, że im szybciej Polska zaangażuje się w rozwój wykorzys-tania odnawialnych źródeł energii, tym prędzej krajowy przemysł energetyki od-nawialnej, a w szczególności małe i średnie przedsiębiorstwa zaczną uczestni-czyć w światowej produkcji urządzeń oraz technologii potrzebnych dowykorzystywania odnawialnych źródeł energii. Posiadany w kraju potencjał tech-niczny odnawialnych źródeł energii (przede wszystkim elektrownie wiatrowei słoneczne) zobowiązuje do realizacji zadań mających na celu jego jak najlepszewykorzystanie, a na obecnym etapie, bez wsparcia ze strony państwa, szybkirozwój energetyki odnawialnej nie jest możliwy.Wspieranie rozwoju odnawialnych źródeł energii przez Unię Europejską stało sięjej celem już w 1997 roku, kiedy w Białej Księdze Komisji Europejskiej umiesz-czona została strategia rozwoju alternatywnych źródeł energii (Energia dlaprzyszłości, odnawialne źródła energii), w której założono wzrost zużycia energiiprodukowanej ze źródeł odnawialnych w stosunku do zużycia energii bruttow 2000 roku w UE o 12% do roku 2010. Dwa lata później rozpoczęto wdrażanie strategii w życie zakładając kolejne dzia-łania do roku 2003 mające na celu realizację założeń Białej Księgi, by ostatecznyefekt osiągnąć przed rokiem 2010. W 2001 r. Parlament Europejski przyjął Dy-rektywę 2001/77/EC w sprawie promocji na rynku wewnętrznym energii elek-trycznej produkowanej z odnawialnych źródeł energii, wyznaczającą 22,1% udziałenergii elektrycznej produkowanej z odnawialnych źródeł energii w całkowitym

zużyciu energii elektrycznej w Unii Europejskiej do roku 2010. Dyrektywa unijna 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 roku w sprawie promo-wania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zakłada pakiety klimatyczne dlaposzczególnych państw. Oznacza to, że każde z krajów członkowskich do roku2020 musi przekroczyć odpowiedni próg udziału OZE w mixie energetycznym.W 2010 roku produkcja energii z odnawialnych źródeł energii w Polsce wynosiła8 TWh, co stanowiło zaledwie 7,1% mixu energetycznego. Do tego wynikubrane było pod uwagę wyniki półspalania (spalanie węgla i drewna), które wynosiłypołowę tej wartości (4,1 TWh). Tak więc „czystej, zielonej” energii mieliśmy na-prawdę niewiele. W związku ze zobowiązaniami dyrektyw Unii Europejskiej, sza-cowany udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w roku 2015 wyniesieok. 17 TWh (15%). Rok 2020 to już ok. 31 TWh, czyli 20% całkowitej produkcjienergii. Poza udziałem energetycznym odnawialnych źródeł energii dyrektywa regulujeponadto zmniejszenie wydzielania dwutlenku węgla do atmosfery oraz ogólnegozmniejszenia użycia energii. Emisja CO2 w latach 2020 i 2030 powinna zostaćzredukowana o 15 i 20%, zmniejszenie energii – o 10 i 20% w tych samych la-tach. Jak więc widać, energia z zielonych źródeł odgrywa oraz będzie odgrywaćcoraz większą rolę.Udział energii ze źródeł odnawialnych w wybranych państwach Unii Europejskiej:

Dlaczego OZE nie jest u nas tak popularne jak w innych krajach?Rozwój energetyki wykorzystującej odnawialne źródła energii ograniczony jestprzez szereg barier. Wymienić można aspekty psychologiczne, społeczne, in-stytucjonalne, prawne i ekonomiczne.

Do podstawowych barier należą: Bariery prawne:

brak stosownych dokumentów i norm prawnych określających w klarowny sposób program i politykę w zakresie inwestycji oraz wykorzystania odnawialnych źródeł energii;

Państwo Udział Odnawialnych źródeł energii w 2005 roku

Docelowy udział energii z odnawialnych źródeł energii w roku 2020

Dania 17% 30%

Francja 10,3% 23%

Polska 7,2% 15%

Finlandia 28,5% 38%

Niemcy 5,8% 18%

niewystarczające lub niedopracowane mechanizmy ekonomiczne, w tym w szczególności fiskalne, które pozwalałyby na uzyskiwanie relatywnych korzyści finansowych w stosunku do wysokości inwestycji na obiekty, instalacje,

urządzenia przeznaczone do wytwarzania oraz sprzedaży energii ze źródeł odnawialnych.

Bariery finansowe:relatywnie wysokie koszty inwestycyjne technologii wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych,wysokie koszty prac pomiarowych (np. wiatrowych) niezbędnych do uzyskaniapozwoleń na budowę elektrowni wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych.

Bariery informacyjne: brak powszechnego dostępu do informacji i badań na temat potencjału energetycznego danego regionu przy wykorzystaniu poszczególnych rodzajówodnawialnych źródeł energii, które mogą być podstawą do rozpoczęcia prac i np. udzielenia kredytu (komplet dokumentacji dla banku),brak lub niewystarczająca ilość informacji o firmach produkcyjnych i projektowych oraz o firmach konsultacyjnych zajmujących się tą tematyką poszczególnych źródeł odnawialnej energii,brak powszechnie dostępnych informacji o procedurach postępowania przy planowaniu tego typu inwestycji, standardowych kosztach cyklu inwestycyjnego, kalkulacjach oraz o korzyściach ekonomicznych, społecznychi ekologicznych na danym terenie związanych z realizacją inwestycji z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii,brak informacji o producentach, dostawcach i wykonawcach systemów wykorzystujących energię ze źródeł odnawialnych.

Bariery dostępności do urządzeń i nowych technologii: niewielka ilość krajowych przedsiębiorstw zajmujących się na skalę przemysłową produkcją urządzeń wykorzystujących odnawialne źródła energii,brak preferencji podatkowych w zakresie importu i eksportu urządzeń przeznaczonych do systemów wykorzystujących odnawialne źródła energii.

Bariery edukacyjne:niewystarczający zakres programów nauczania, uwzględniających odnawialneźródła energii w szkolnictwie podstawowym oraz ponadpodstawowym (przyroda, chemia, biologia, geografia),brak programów edukacyjno-szkoleniowych dotyczących odnawialnych źródełenergii adresowanych do inżynierów, projektantów, architektów, przedstawicielisektora energetycznego, bankowości i inwestorów.

Bariery wynikająca z potrzeby ochrony fauny i flory: brak wypracowanych metod uniknięcia konfliktów z ochroną przyrody i krajobrazu,niewystarczająca wiedza społeczności lokalnych na temat zalet i wad elektrowni konwencjonalnych oraz niekonwencjonalnych – wykorzystujących odnawialne źródła energii.

Energia słonecznaW ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat stało się oczywiste, że dotychczasowekonwencjonalne i nieodnawialne źródła energii będą powoli zastępowane przeznowe, odnawialne źródła energii. Wynika to z faktu, że paliwa kopalne, będącepodstawowym źródłem energii, zanieczyszczają środowisko oraz dlatego, żewiększość złóż paliw kopalnych będzie się powoli wyczerpywać. Największym źródłem nieograniczonej, darmowej i czystej energii jest słońce.Występuje powszechnie i bez granic, wysyłając w ciągu dwóch tygodni do po-wierzchni Ziemi tyle energii, ile wynosi całoroczne zapotrzebowanie energetyczneZiemi. Energia powstaje na skutek reakcji termojądrowych występujących w ją-drze gwiazdy. Energia promieniowania słonecznego jest energią o ogromnympotencjale, a jej zasób jest praktycznie niewyczerpalny – szacuje się, że cyklżycia Słońca wynosi ok. 5 miliardów lat. Energia promieniowania słonecznegood dawna wykorzystywana jest za pomocą ogniw fotowoltaicznych i kolektorówsłonecznych. Z racji wysokich kosztów instalacji oraz użytkowania jeszcze doniedawna można było je spotkać jedynie w dużych instytucjach. Rozwój techno-logiczny, spadek cen urządzeń oraz zwiększenie produkcji pozwoliły, by energiasłoneczna zawitała do zwykłych domostw.

Kolektory słoneczneKolektory słoneczne to jedne z urządzeń pozwalających na wykorzystanie w domuenergii słonecznej. Energię słońca można pozyskać dzięki zainstalowanym naj-częściej na dachach bateriom słonecznym lub kolektorom. Funkcjonowanie ko-lektorów słonecznych polega na konwersji energii promieniowania słonecznegona energię cieplną nośnika ciepła, którym może być ciecz lub gaz. Z energii ciep-lnej wytworzonej przez kolektory słoneczne można korzystać przez cały rok lubtylko sezonowo – gdy jego praca jest najbardziej efektywna. Może ona być wy-korzystana do podgrzewania wody użytkowej, wody w basenach, do wspomaganiaogrzewania domów a także do celów rolniczych. Urządzenie odbiera energięsłoneczną i przekazuje ją dalej poprzez tzw. czynnik grzewczy oraz wymiennikznajdujący się w zbiorniku do ogrzewania wody. Taka metoda przetwarzaniaenergii słonecznej uważana jest za bardzo wydajną oraz funkcjonalną.Analizy przeprowadzane w Polsce wykazały, że dzięki zastosowaniu kolektorówsłonecznych można zaoszczędzić około 70% energii konwencjonalnej w procesachprzygotowywania ciepłej wody użytkowej i około 30% w procesach ogrzewaniapomieszczeń.Zastosowanie kolektorów słonecznych jest coraz bardziej popularne. Sprzyjatemu coraz większa produkcja oraz korzystny rachunek ekonomiczny. W sprzy-jających warunkach czas zwrotu inwestycji wynosi 5 -7 lat, a w przypadkudużych inwestycji nawet 3 lata.Na każdym m2 powierzchni ziemi w słonecznydzień padające promieniowanie wytwarza moc 1 kW (tyle wystarczy do ogrzaniadużego pokoju przez grzałkę elektryczną).

Budowa kolektoraNajważniejszym elementem kolektora słonecznego jest absorber, czyli powłokaabsorbująca energię słoneczną. Od jej stopnia absorpcji i współczynnika emisjizależy w dużym stopniu sprawność całego kolektora. Najczęściej absorber tocienka, miedziana blacha pokryta warstwą z czarnego chromu lub tlenku ty-tanu.Bardzo ważna jest również szyba ze szkła solarnego i hartowanego o niskiej za-wartości tlenków żelaza Fe2O3 i przez to wysokiej przepuszczalności promienisłonecznych. Aby ograniczyć straty ciepła kolektor izolowany jest niepalną wełnąmineralną pod absorberem oraz na jego bokach. Całość zamknięta jest w obu-dowie z lakierowanej blachy aluminiowej, w której wywiercone są otwory odpo-wietrzające i otwory na rury miedziane absorbera.

Rodzaje kolektorówZe względu na rodzaj nośnika w kolektorze można je podzielić na:

kolektor cieczowy,kolektor powietrzny.

Kolektory cieczowe ze względu na konstrukcję dzielimy dalej na:kolektor płaski,kolektor próżniowy,kolektor skupiający.

Kolektory płaskie (FLAT)Kolektor płaski działa na zasadzie wężownicy przykrytej miedzianą płytą, w którejpłynie czynnik grzewczy. Ta z kolei pokryta jest warstwą pochłaniającą promie-niowanie słoneczne. Całość przykrywa szyba solarna osłaniająca urządzenieprzed uszkodzeniami, np. przed gradem. Wydajność energetyczna kolektorapłaskiego w pełni zależy od temperatury zewnętrznej. Przy niskiej temperaturzena zewnątrz i słońcu intensywnie świecącym, całe ciepło które zostaje zaab-sorbowane oddane jest do otoczenia, zanim zostanie przekazane do instalacji.Kolektory płaskie mogą z powodzeniem skutecznie pracować przez cały rokw krajach o wysokim nasłonecznieniu gdzie różnice temperatur między poszcze-gólnymi porami roku są niewielkie. W takich miejscach ich stosowanie jest jaknajbardziej uzasadnione. W Polsce cieszą się one wysoką popularnością zewzględu na nasze warunki klimatyczne oraz niską cenę. Technologicznym na-stępcą kolektorów płaskich są kolektory próżniowe.

Kolektory próżnioweDzięki zastosowaniu wysokiej technologii kolektory próżniowe są o około 30%wydajniejsze od kolektorów płaskich zwłaszcza w okresach wiosennym i je-sienno-zimowym. Wynika to ze zdolności kolektora próżniowego do absorbowaniapromieniowania rozproszonego i bardzo dużego ograniczenia strat ciepła dziękiwykorzystaniu próżni w rurach kolektora. Powłoka absorbująca w kolektorach

rurowych ma najczęściej postać wąskiego paska z przylutowaną od spodu rurkąmiedzianą, biegnącego wewnątrz rury. Niektórzy producenci stosują równieżpowlekanie wewnętrznej powierzchni rury w powłokę absorbującą. Rury próżniowesą mocowane szeregowo w izolowanej szynie zbiorczej, w której biegną rurkimiedziane zbiorcze.Rury kolektora można obracać w kierunku optymalnym do kierunku padania pro-mieni słonecznych, dzięki czemu wzrasta ich efektywność. Są one wykonane zeszkła solarnego, hartowanego o grubości 1,6 mm.Dzięki możliwości obracania rur próżniowych, kolektory próżniowe mogą byćz powodzeniem montowane na fasadach budynków lub płasko na płaskich dachachbez konieczności montowania kosztownych i pracochłonnych konstrukcji wspor-czych. Dodatkową zaletą rur próżniowych jest możliwość ich łatwej wymianyw przypadku uszkodzenia. Bez konieczności zamykania układu bądź wymiany ca-łego kolektora.Wysoka efektywność kolektorów próżniowych umożliwia, przy prawidłowym do-borze ilości kolektorów, wspomaganie centralnego ogrzewania (przy ogrzewaniupodłogowym).

Kolektory próżniowe o bezpośrednim przepływieCzynnik grzewczy w kolektorze próżniowym o bezpośrednim przepływie trans-portowany jest bezpośrednio w każdej z tub próżniowych. Dzięki zastosowaniupróżni wszelkie straty energii poprzez utratę ciepła czynnika grzewczego w rur-kach miedzianych zostały wyeliminowane. Efektem wykorzystania próżni ota-czającej przewodnik jest uzyskanie wyższej temperatury czynnika grzewczego,a co za tym idzie – większego uzysku energetycznego. Wadami tego rozwiązaniajest duża ilość czynnika grzewczego oraz bardzo wysokie temperatury w przy-padku nieodbierania ciepła dalej przez instalację solarną. W przypadku nieko-rzystania z instalacji, np. podczas wyjazdu na wakacje brak urządzenia odbiera-jącego ciepło może zaowocować przegrzaniem się układu solarnego. Kolektoryw sytuacji dłuższej bezczynności należy zasłaniać. Większa ilość czynnika grzewczego znajdującego się w kolektorze powodujewzrost czasu rozruchu. Kolejnymi minusami są konieczność całkowitego opróż-nienia instalacji solarnej z płynu grzewczego w przypadku awarii rury próżniowejoraz możliwość powstawania osadów powodujących zmniejszenie sprawnościurządzenia.

Kolektory próżniowe heatpipeBudowa kolektorów heatpipe opiera się na bazie tzw. heatpipe'ów, czyli rurekcieplnych, które odpowiadają za odbiór i przewodzenie ciepła. Konstrukcja składasię od kilku do kilkudziesięciu rurek szklanych z próżnią wewnątrz. W każdejz nich znajduje się absorber z substancją o temperaturze wrzenia 30 stopniCelsjusza. Skrapla się ona w umieszczonym na końcu parownika skraplaczu,ogrzewa go i przekazuje ciepło przepływającemu przez nią czynnikowi roboczemu.Dzięki zastosowaniu próżni kolektor ten cechuje się bardzo niskimi stratami

energii oraz można go wykorzystywać przez cały rok, nawet w przypadku wy-stępowania ujemnych temperatur. Zastosowana technologia oraz materiały wy-sokiej jakości umożliwiają tego typu urządzeniom na bardzo krótki czas rozruchuoraz zapewniają bardzo wysoką moc i sprawność. Wydajność kolektora typuheatpipe w porównaniu do zwykłego, płaskiego może być nawet trzykrotniewiększa (biorąc pod uwagę uzysk z metra kwadratowego). Zaletami kolektorów heatpipe jest pozyskiwanie energii rozproszonej, dziękiczemu funkcjonuje on podczas pochmurnych dni. Niemal całkowicie został po-nadto wyeliminowany problem przegrzewania się instalacji solarnej dzięki obec-ności czynnika grzewczego jedynie w głowicy kolektora. Nie ma ponadto potrzebyzakrywania powierzchni kolektora podczas dłuższej nieobecności. Kolektory heat-pipe zapewniają wysoką niezawodność podczas eksploatacji (nawet w długimokresie stagnacji) oraz bezpieczeństwo instalacji solarnej.

Kolektory próżniowe Heat Pipe z płaskim absorberem (FP70)Kolektor próżniowy heatpipe z płaskim absorberem jest połączeniem kolektorapłaskiego oraz typu heatpipe. Konstrukcja bazuje na wykorzystaniu systemutub próżniowych, z których każda zbudowana jest z pojedynczego szkła (borosilikatowego), której wnętrze wypełnia próżnia z osadzonym wewnątrz płąskimabsorberem. Energia przekazywana jest bezpośrednio na odizolowaną rurkęcieplną i trafia do głowicy kolektora, skąd dalej transportowana jest dalej do in-stalacji solarnej. Kolektory te cechują się – podobnie jak kolektory heatpipe – wysoką wydajnością,niezawodnością pracy oraz bezpieczeństwem instalacji układu. Korzystają z naj-nowszych rozwiązań techniki solarnej, charakteryzują się najwyższą sprawnościąoptyczną i najwyższymi rocznymi uzyskami energetycznymi.

Kolektory próżniowe WATT CPC typu „U-type“Występują w wersji dziewięcio- i piętnastorurowej. Idealne rozwiązanie dla ma-łych instalacji domowych jak również w instalacjach wielkometrażowych. Kolektory oparte są na rurkach próżniowych, które składają się z dwuściennychhartowanych rur szklanych z zawartą pomiędzy ściankami próżnią, która gwa-rantuje najlepszą izolacyjność w każdych warunkach pogodowych. W rurach niewystępują żadne połączenia, mogące spowodować zanik próżni, dzięki czemuich żywotność jest długa. Wewnętrzna ścianka pokryta jest powłoką absorpcyjnąo wysokiej absorpcji oraz znikomej emisji promieniowania słonecznego. Zaletą kolektorów CPC jest umieszczenie rur szklanych nad wysokorefleksyjnymzwierciadłem parabolicznym CPC ( Compound Parabolic Concentrator), któreumożliwia maksymalne wykorzystanie energii słonecznej. Geometria zwierciadłazapewnia absorpcję promieni słonecznych padających pod niekorzystnym kątem,jak również gwarantuje wykorzystanie całej powierzchni absorbera do zbieraniapromieniowania słonecznego.

Instalacja solarnaCiepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zbiornika (bojlera), w którympodgrzewa i gromadzi się wodę użytkową. Posiada on co najmniej jedną grzałkę(wężownicę), przez którą przepływa czynnik grzewczy. Ponieważ kolektory niesą w stanie dostatecznie ogrzewać wodę przez cały rok, stosuje się zasobnikz dodatkowym źródłem ciepła (np. elektryczną grzałką lub wężownicą zasilanąciepłą wodą z kotła olejowego, węglowego, itp.), tzw. zasobniki biwalentne.Kolektor solarny zamienia promieniowanie słoneczne na ciepło. Nośnikiem ciepłajest niezamarzający roztwór glikolu propylenowego krążący w instalacji na skutekpracy pompy obiegowej w zespole sterowniczo-pompowym. Bateria kolektorapołączona jest hydraulicznie z wężownicą umieszczoną w podgrzewaczu wodyużytkowej dwoma rurami miedzianymi o średnicy dobranej do wielkości bateriisłonecznej. Czynnik grzewczy (roztwór glikolu) transportuje ciepło z kolektorówi przenosi je do wężownicy, która nagrzewa wodę w podgrzewaczu.W poprawnie wykonanej instalacji solarnej, różnica temperatur pomiędzy nośni-kiem wypływającym z kolektora a dopływającym do kolektora powinna wynosićmaksymalnie 15 stopni Celsjusza. Oznacza to, że kolektor słoneczny zawszeposiada wyższą temperaturę niż temperatura wody w zbiorniku. Poprawnie za-projektowana instalacja (składająca się z właściwie dobranych podzespołów dopojemności podgrzewacza, ilości kolektorów słonecznych oraz właściwego pod-łączenia całej instalacji) powinna w ciągu godziny pracy kolektorów nagrzaćwodę w zbiorniku do temperatury nie wyższej niż 70°C. Im temperatura pracykolektora jest wyższa, tym większe są straty ciepła przez wypromieniowanie.Ilość promieniowania słonecznego przekładającego się na ciepło możliwe douzyskania zależy od: lokalizacji, pory roku, pory dnia i oczywiście od pogody.

Dla kogo instalacje solarne, gdzie znajdą zastosowanie?domy jednorodzinne, ogrzewanie bieżącej wody (pralka, zmywarka, prysznic) oraz wspomaganie centralnego ogrzewania,ogrzewanie wody w basenach,ogrzewanie wody bieżącej w obiektach o dużym, dziennym zapotrzebowaniu, np. w szkołach, hotelach,firmy produkcyjne, w których ciepła woda wykorzystywana jest w procesie produkcji,budynki użyteczności publicznej, biura, urzędy, uczelnie, zakłady przemysłowe, etc.,szeroko rozumiane ogrodnictwo.

Zalety kolektorów próżniowych (rurowych)próżniowa izolacja, funkcjonalność w każdych temperaturach, niskie straty energii – duża sprawność,szybsze nagrzewanie się kolektora w warunkach średniego lub niskiego nasłonecznienia (w porach przejściowych, np. jesienno-zimowej),

wyższa sprawność względem kolektorów płaskich (kąty padania promieni słonecznych),automatyczne czyszczenie podczas deszczu,wyłapywanie promieniowania rozproszonego w przeciwieństwie do kolektorów płaskich.

Ważne przy doborze kolektorapowierzchnia brutto kolektora – określana na podstawie wymiarów zewnętrznych kolektora, łącznie z ramą. Wykorzystywana jest jedynie podczaspomiarów i wyboru miejsca instalacji kolektora,powierzchnia absorbera – oblicza się ją, sumując powierzchnię wszystkich elementów absorbera, które zbierają energię słońca. Wartość ta może być większa od powierzchni brutto kolektora (np. w przypadku kolektorów wypukłych),powierzchnia apertury – wartość ta określa wielkość powierzchni, przez którąpromieniowanie słoneczne przedostaje się do wnętrza kolektora. W kolektorachpłaskich jest to odkryta powierzchnia szyby solarnej (nie cała powierzchnia absorbera może być nasłoneczniona), a w próżniowych – stanowi sumę powierzchni rur próżniowych,sprawność optyczna  – maksymalna sprawność energetyczna, jaką może osiągnąć kolektor wtedy, gdy jego straty ciepła są zerowe (różnica temperatury kolektora i temperatury otoczenia jest równa zero). Rzeczywista sprawność energetyczna kolektora obliczana jest z pomniejszeniasprawności optycznej o straty ciepła wynikłe podczas pracy,współczynniki strat A1 i A2 – umożliwiają określenie wzrostu strat i zmniejszenia sprawności kolektora względem temperatury otoczenia.

Historia wykorzystywania energii słonecznej

Od zarania dziejów człowiek wykorzystywał energię słoneczną. Proste czynności,takie jak suszenie ubrań, zebranej żywności znane były wieki temu i nie wymagaływykorzystania dodatkowych urządzeń. Ludzie prehistoryczni wiedzieli już, że jaskinie, których wejścia skierowane sąw kierunku południowym posiadają wyższą temperaturę wewnątrz, aniżeli te,których otwory wychodziły np. na północ. Starożytni Grecy 400 lat p.n.e. wy-naleźli pierwszą soczewkę, którą skupiali wiązkę światła i wzniecali ogień. Chiń-czycy 200 lat p.n.e. wykorzystywali zakrzywione zwierciadła do skupiania promienisłonecznych. Późniejszy budowniczowie również konstruowali budowle w takichmiejscach, by w jak największym stopniu wykorzystać energię słoneczną (np.pozostawiając największe otwory/okna od strony południowej).

Pierwszy prototyp kolektora słonecznego używanego dzisiaj do podgrzewaniawody powstał dopiero w XIX wieku. W 1896 roku Clarence Kemp z Baltimorezaprojektował drewnianą skrzynię, w której umieścił pomalowany na czarnozbiornik. Całą konstrukcję zainstalował na dachu i dzięki temu woda ogrzewałasię szybciej i dłużej utrzymywała swoje ciepło. Pierwszy kolektor słoneczny kosz-tował aż 25 dolarów – była to wówczas dosyć wygórowana cena, ale i tak wy-nalazek znajdował swoich zwolenników.

Efekt fotowoltaiczny umożliwiający produkcję prądu bezpośrednio z energii pro-mieniowania słonecznego został zaobserwowany już w XIX wieku. Przemysłowozaczęto go wykorzystywać dopiero w połowie ubiegłego wieku. Początkowoznalazł on zastosowanie w amerykańskich programach kosmicznych – używanogo w promach kosmicznych oraz satelitach.

Pierwsze typowo płaskie kolektory słoneczne służące do podgrzewania wodyzostały użyte w 1920 na Florydzie i w Południowej Kalifornii. Po 1960 roku,a szczególnie w roku 1972 nastąpił szczególny wzrost zainteresowania uzyski-waniem ciepłej wody przy pomocy kolektorów. Było to spowodowane kryzysemnaftowym i wzrostem cen ropy naftowej w USA i na rynkach światowych.

W latach 40-tych w USA było zainstalowanych już 60 tys. instalacji solarnych.W Europie największe zainteresowanie niekonwencjonalnymi rozwiązaniami ener-getycznymi nastąpiło w latach 70-tych podczas dwóch kryzysów paliwowych.W 1973 r. podczas pierwszego kryzysu olejowego (drugi nastąpił cztery latapóźniej) zaczęto intensywnie wdrażać nowe domowe sposoby wykorzystywaniaenergii słonecznej. Prymitywne kolektory powstawały w garażach, piwnicach,prywatnych warsztatach, ale także w wielkich firmach. Efektem był wzrost po-pularności kolektorów w kolejnych latach.

Historia kolektorów słonecznych w Polsce rozpoczęła się w latach 1958/60w Instytucie Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa. Podjęto tam pierwsze próbykonstrukcji tego typu urządzeń, które miały posłużyć do ogrzewania powietrza.W tym samym miejscu w roku 1963 skonstruowano pierwszy w Polsce, a jed-nocześnie jeden z pierwszych w Europie kolektor słoneczny o powierzchni 40 m2 przeznaczony do ogrzewania powietrza w suszarce zielonek i słomy lnianej.Zyskał on dużą popularność, a dziedzina wspomagania suszenia płodów rolnychzaczęła się mocno rozwijać. W Polsce w roku 1993 naliczono ponad 6000 m2

kolektorów słonecznych przeznaczonych do ogrzewania powietrza.

Pierwsze kolektory do podgrzewania wody użytkowej, w Polsce zaczęła produ-kować firma Metaloplast z Bielska Białej w roku 1970. W latach 1970 - 1978nastąpiło zahamowanie dalszego rozwoju prac związanych z wykorzystaniemodnawialnych źródeł energii. Niskie ceny nośników energii sprawiły, że dopierow dwa lata później wznowiono prace badawcze i konstrukcyjne.W latach 80-tych XX wieku, m.in. w firmie IBMER powstało wiele kolejnych pro-jektów urządzeń przeznaczonych do przetwarzania wykorzystywania odnawial-nych źródeł energii. Część z nich zostało wdrożonych w życie.

W ramach programu regionalnego UNDP/FAO w Europie do 1990 r. kolektorysłoneczne opracowane w IBMER zostały wdrożone w 32 gospodarstwach rolnychindywidualnych, państwowych i spółdzielczych o łącznej powierzchni 8000 m2

kolektorów powietrznych i 350 m2 kolektorów do podgrzewania wody użytkowej.Popularność przydomowych instalacji solarnych ze względu na coraz niższekoszty urządzeń oraz montażu i wspieranie odnawialnych źródeł energii przezpaństwo wciąż rośnie.

Fotowoltaika

WstępFotowoltaika (PV – photovoltaics) jest dziedziną nauki i techniki, która zajmujesię wytwarzaniem prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego, czyliprzetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną. Jest to możliwedzięki wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego. Polega ono na wytworzeniu siłyelektromotorycznej (czynnik wywołujący przepływ prądu w obwodzie elektrycz-nym) w ciele stałym pod wypływem promieniowania słonecznego. Zjawisko to,poza zastosowaniem w fotowoltaice, jest wykorzystywane w prądnicach, bate-riach oraz termoparach.Ogniwa słoneczne zwane również ogniwami fotoelektrycznymi lub fotowoltaicz-nymi czy też po prostu fotoogniwami, są to elementy wykonane z półprzewod-ników, które odpowiedzialne są za zachodzenie efektu fotowoltaicznego, czylikonwersji (zamiany) promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Powstałew ten sposób przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie sięróżnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.Fotoogniwa słoneczne są produkowane z materiałów półprzewodnikowych, naj-częściej z krzemu, germanu oraz selenu z niewielkimi domieszkami innych pier-wiastków, takich jak glin, bor czy ołów. Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznegokrzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta. Baterią słoneczną nazywa sięszeregowo połączone ze sobą fotoogniwa. Istnieją baterie z różną liczbą ogniw,w zależności od zastosowania, jak i od jakości ogniw.

Fotowoltaika na świecie i w EuropieFotowoltaika, pomimo trudnych okoliczności finansowych i ekonomicznychw ostatnich latach, przeżywa intensywny rozwój. Obecnie instalacji fotowolta-icznych na świecie jest prawie 70 GW, w roku poprzednim było ich „zaledwie”39,7 GW.W Europie (dane na koniec 2011 roku) najwięcej mocy zainstalowanej w elek-trowniach fotowoltaicznych mają Niemcy – 24 820 MW, którzy zdecydowaniewyprzedzają resztę krajów Unii Europejskiej. Drugie miejsce zajmują Włochy –12 750 MW, a trzecie Hiszpania – 4 191 MW. Dalej Czechy – 2118 MW,Francja – 1800 MW, Belgia – 1282,1 MW. Polska w porównaniu do liderów po-siada niewielką ilość mocy – jedynie 1,7 MW.Szybki rozwój fotowoltaiki na świecie i w europie jest zasługą głównie państwUnii Europejskiej, szczególnie ze względu na dyrektywy nakazujące ograniczenieemisji dwutlenku węgla oraz wymaganych, określonych udziałów energii pocho-dzącej z odnawialnych źródeł energii w mixie energetycznym każdego z państwczłonkowskich. W Europie, podobnie jak w przypadku elektrowni wiatrowych,w ilości zainstalowanych ogniw fotowoltaicznych prowadzą Niemcy. Ponad 25GW mocy zainstalowanej w tym kraju stanowi ponad połowę ogółu światowegorynku fotowoltaiki. W krajach pozaeuropejskich największy rozwój obserwuje się

w Japonii, Stanach Zjednoczonych, Kanadzie i Australii. Należy się spodziewać,że po ustabilizowaniu się światowych rynków finansowych, wiele państw wyko-rzysta posiadany ogromny potencjał w zakresie budowy elektrowni fotowolta-icznych, np. Hiszpania czy Grecja.Kolejną przyczyną zwiększenia mocy zainstalowanej w ostatnich latach jest po-jawienie się systemów PV o znacznie zwiększonej mocy oraz sprawności, cow efekcie prowadzi do wyraźnego wzrostu rentowności tego typu inwestycji.Mimo pewnych utrudnień, rozwija się również rynek systemów niepodłączonychdo sieci (autonomicznych). Największe zastosowania PV w tym obszarze obser-wować będziemy w zastosowania profesjonalnych, tj. infrastrukturze teleko-munikacyjnej, oświetleniu ulic, przenośnych ładowarkach USB, terminalach przyautostradach, parkometrach itp.

Zalety instalacji fotowoltaicznych:niewyczerpane źródło energii (energia słoneczna),powszechna dostępność światła słonecznego,niemal zerowy koszt utrzymania instalacji,niezanieczyszczanie środowiska,brak odpadów podczas produkcji energii,działanie przez cały rok,brak efektów ubocznych podczas pracy (tak jak np. wibracje w przypadku elektrowni wiatrowych),brak wpływu na środowisko i mikroklimat,długi czas eksploatacji, żywotność instalacji powyżej 30 lat

.Wady instalacji fotowoltaicznych:

wysoki koszt instalacji,brak produkcji energii w nocy,krótki okres przechowywania energii.

ZastosowaniaFotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe i wysoce niezawodneźródła energii elektrycznej. Znajdują one zastosowanie m.in. w:

elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, ogrodowych i przydomowych lampach,plecakach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, pojazdach komunikacji miejskiej, jachtach, kempingach, itp.,stacjach pomiarowo-rozliczeniowych gazu ziemnego, ropy naftowej lub energiielektrycznej,automatyce, jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii.

Pomimo stosunkowo wysokich kosztów ogniw fotowoltaicznych w porównaniunp. z tzw. źródłami konwencjonalnymi, fotowoltaika jako alternatywne źródłoenergii znajduje zastosowanie przede wszystkim z dwóch powodów:

ekologicznych oraz praktycznych (promieniowanie słoneczne jest praktycznie wszędzie dostępne,a eksploatacja nie wymaga ingerencji człowieka).

BudowaGłównym materiałem do produkcji  ogniw fotowoltaicznych  jest  krystalicznykrzem. Pojedyncze bateria słoneczna jest w stanie wygenerować prąd o mocyod 1 do około 7 W. Ogniwa są najczęściej produkowane w panelach o powierzch-niach około 0,2 – 1,0 metra kwadratowego. Pojedyncze ogniwo w standardowych warunkach pozwala na uzyskanie napięciaw granicach 0,55 – 0,60 V, prądu maksymalnego o natężeniu około 300 mA.Aby uzyskiwać napięcie i moc użytkową, pojedyncze ogniwa łączone są w dużemoduły lub panele. Ogniwa grupuje się za pomocą taśm przewodzących w układzieszeregowym w liczbie do 36. Następnie tak połączone ogniwa przykleja się dopodłoża i zalewa się transparentnymi żywicami odpornymi na niekorzystne wa-runki pogodowe. Tak przygotowany panel zaopatruje się w metalową ramkę na-dającą sztywność podłożu oraz kable przyłączeniowe wraz z układem zabezpie-czającym.

Charatkerystyka złączy p-nWiększość obecnie dostępnych ogniw fotowoltaicznych opartych jest na półprze-wodnikowych złączach p-n (positive-negative). Z obydwu stron znajdują się prze-ciwstawne półprzewodniki – p oraz n. W obszarze połączenia dwóch powyż szychistnieje przestrzeń, w której występuje tzw. wbudowane pole elektryczne. Obszarten zwany jest również obszarem zubożonym, obszarem ładunku przestrzennegolub warstwą zaporową. Występują w nim tylko ładunki zjonizowanych atomów do-datnich oraz ujemnych, zlokalizowane w węzłach sieci krystalograficznej.Ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z półprzewodnikowego złącza p-n, pomiędzyktórym znajduje się bariera potencjałów. Gdy w ogniwo uderzy foton o energiiwiększej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika (warstwa zapo-rowa), elektrony przemieszczają się do obszaru n, a następnie po przejściuprzez obwód łączą się z dziurami (ładunek dodatni) które pozornie poruszają sięprzez obszar typu p. W wyniku takiego ruchu elektronów powstaje różnica po-tencjałów, czyli napięcie elektryczne.

Zasada działaniaZasadę działania ogniwa słonecznego posiadającego złącze p-n można przed-stawić w następujący sposób.Elektrony walencyjne czystego półprzewodnika (z jakim mamy tutaj do czynienia– krzem) są dosyć mocno związane z atomami sieci krystalicznej wiązaniami

atomowymi (kowalencyjnymi). W bardzo niskich temperaturach krzem jest do-brym izolatorem, natomiast w temperaturach wyższych drgania termiczne siecisą na tyle silne, że pewna liczba elektronów może otrzymać wystarczającąenergię, aby ich wiązania z zostały zerwane. Wówczas mogą one bezproblemowouczestniczyć w procesie przewodzenia jako nośniki ładunku elektrycznego. Padające na złącze fotony powodują powstawanie pary nośników o przeciwnychładunkach elektrycznych. Na skutek uwolnienia elektronów, tzw. dziur, powstajądodatnie jony krzemu. Pomimo ich określonej pozycji w sieci (strukturze) danegomateriału (w tym przypadku – krzemu), są one w stanie się poruszać i braćudział w procesie przewodzenia prądu elektrycznego.Ładunki (elektron-dziura) na skutek obecności złącza p-n zostają rozdzielonew dwie różne strony. Elektrony trafiają do złącza n, a dziury do złącza p.W wyniku tego procesu (dyfuzji), na złączu zaczyna płynąć prąd. Ponieważ roz-dzielone ładunki są nośnikami nadmiarowymi, mające tzw. nieskończony czasżycia a powstałe napięcie jest stałe, oświetlone złącze może działać jako stabilneogniwo.

PrzyszłośćPrzez długi czas sądzono, że złącze półprzewodnikowe jest niezbędnym elemen-tem ogniwa fotowoltaicznego. W ostatnich latach prowadzone są intensywnebadania dotyczące ogniw barwnikowych oraz polimerowych, które nie posiadajątego typu struktury. Pierwszym warunkiem zaistnienia efektu fotowoltaicznegojest to, by absorbowany przez ogniwo foton był w stanie wzbudzić elektronyz niskiego stanu energii do stanu o wyższej energii. Drugim jest uszeregowanienośników energetycznych, co w efekcie prowadzi do procesu powstawania prąduelektrycznego.

Rodzaje modułówZe względu na materiał zastosowany do budowy ogniw fotowoltaicznych wyróżnia się:

selenowe,krzemowe,monokrystaliczne,polikrystaliczne,cienkowarstwowe (amorficzne, krzem bezpostaciowy).

Trwają również badania nad ogniwami nowych generacji, mianowicie barwnikowychoraz polimerowych.

Często surowcem do wytwarzania ogniw fotowoltaicznych jest krzem. Ten pół-metal cechuje się bardzo wysoką sprawnością w zakresie przetwarzania pro-mieniowania słonecznego. Podobnymi właściwościami charakteryzuje się arsenekgalu, jednak ze względu na koszt, stosuje się go na ogniwach stacji kosmicznych.

Ogniwa krzemowe, monokrystaliczneInaczej tzw. panele klasyczne. Panele monokrystaliczne zbudowane są z poje-dynczych ogniw, które utworzone są z jednorodnego kryształu krzemu (czystość99,9%) o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Proces budowy polega na od-powiednim cięciu bloku krzemu odpowiedniej wielkości na warstwy o grubościokoło 0,3 mm. Ten sposób produkcji cechuje się najwyższym poziomem spraw-ności oraz żywotności ogniwa, ale również wysokimi kosztami produkcji. Panelemonokrystaliczne osiągają sprawność rzędu 17-22%.

Ogniwa krzemowe, polikrystalicznePanele polikrystaliczne podobnie jak monokrystaliczne, zbudowane są z ogniwkrzemowych. Różnicą w stosunku do paneli monokrystalicznych jest struktura.Ogniwa powstają z połączenia wielu niewielkich kryształów krzemu. Z tego po-wodu ich powierzchnia nie jest jednolita, co w określony sposób wpływa na wy-dajność, ale także cenę urządzeń. Ogniwa polikrystaliczne ze względu na dużą(lecz nie najwyższą) wydajność oraz umiarkowany koszt są najczęściej spotyka-nym rodzajem paneli PV. Sprawność urządzeń waha się w przedziale 12-14%.

Ogniwa krzemowe, amorficzneBudowa paneli amorficznych odbiega od dwóch wyżej przedstawionych. Procesprodukcji polega na nanoszeniu cienkich warstw krzemu (grubość około 1-3 mi-kronów) na powierzchnię innego materiału, np. szkła. Nie ma wtedy możliwościwyodrębnienia pojedynczych ogniw. Ten proces produkcji jest najbardziejoszczędny i cechuje się najniższą sprawnością. Tego typu panele znajdują za-stosowanie np. w zegarkach lub kalkulatorach oraz w bardzo dużych instalacjach.Sprawność takich układów waha się od 7-15%.

Rodzaje instalacji fotowoltaicznychZe względu na rodzaj przyłącza oraz zastosowanie wyróżnia się trzy rodzaje in-stalacji fotowoltaicznych:

zintegrowane z siecią,autonomiczne,pośrednie.

Instalacje te różnią się między sobą między innymi całkowitą powierzchnią ko-lektorów, sposobem przyłączenia i rodzajem odbiorników. Przy wyborze rodzaju instalacji oraz poszczególnych elementów zestawu należywe właściwy sposób zaprojektować funkcjonowanie systemu. Służą do tegospecjalne aplikacje komputerowe. Dobierają one odpowiednie rozwiązania napodstawie przewidywanego obciążenia instalacji w ciągu roku oraz dnia dopaso-wanego do przeciętnego nasłonecznienia w danej lokalizacji.

Systemy zintegrowane z sieciąSystemy zintegrowane z siecią możemy podzielić na dwa rodzaje – pierwszy to

elektrownie z bardzo dużą ilością paneli fotowoltaicznych przekazujących energiębezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, drugi polega na zintegrowaniu sys-temu z budynkiem, który jest w stanie odebrać całą energię wyprodukowanąprzez instalację (energia z sieci elektroenergetycznej pobierana jest w przypadkunadwyżki zapotrzebowania w stosunku do energii pochodzącej z fotowoltaiki). Akumulatory oraz regulatory ładowania w tych systemach są zbędne ze względuna możliwość przyjęcia przez sieć całej energii wyprodukowanej przez instalacjęfotowoltaiczną. Sprawność systemów zintegrowanych z siecią jest bardzo wysoka. Cała wy-twarzana energia jest wykorzystywana przez odbiorniki lub bezpośrednio jestprzekazywana do sieci elektroenergetycznych. Dzięki temu sprawność dobrzezaprojektowanej instalacji (przy wykorzystaniu wydajnej przetwornicy) może wy-nieść nawet 80%. System zintegrowany z siecią posiada następujące elementy:

panele fotowoltaiczne,przetwornica,licznik energii wyprodukowanej przez instalację,licznik energii dostarczanej z sieci do obiektu.

Systemy autonomiczneAutonomiczne systemy fotowoltaiczne są samodzielną instalacją pozwalającąużytkownikowi na uniezależnienie się od zewnętrznych dostawców energii elek-trycznej. Założeniem tego typu przedsięwzięcia jest przetworzenie wymaganejilości energii słonecznej koniecznej do całkowitego zapotrzebowania odbiornikaw elektryczność. Względem systemów zintegrowanych z siecią, systemy autonomiczne zostaływzbogacone o akumulator, dzięki czemu możliwe jest funkcjonowanie odbiornikazarówno w dzień, jak i w nocy.Systemy autonomiczne znajdują zastosowanie głównie w miejscach, gdzie nie-opłacalne lub niemożliwe jest doprowadzenie linii energetycznej oraz przyłączydo zasilania poszczególnych obiektów, jak np.:

budynki w górach lub trudno dostępnych lokalizacjach,przekaźniki telekomunikacyjne,sygnalizacja drogowa,tablice ogłoszeniowe (np. LED),parkomaty,pojazdach komunikacji miejskiej, jachtach, kempingach, itp.,systemy zasilania awaryjnego.

System autonomiczny posiada następujące elementy:panele fotowoltaiczne,regulator napięcia,zespół akumulatorów (odpowiedzialne za gromadzenie nadwyżek wyprodukowanej energii, funkcjonują np. w nocy, gdy panele fotowoltaiczne nie pracują),

inwerter (odpowiada za zamianę prądu stałego w prąd zmienny). Jest on obecny w instalacjach, w których stosuje się prąd przemienny. Jeżeli urządzenie pracuje z prądem stałym, inwerter jest pomijany.

Systemy pośrednie (CSP)Systemy pośrednie działają podobnie jak tradycyjne elektrownie parowe. Elek-trownie skoncentrowanej energii słonecznej CSP do produkcji ciepła wykorzystująparę, ale zamiast paliw kopalnych do napędzania turbin wykorzystuje się energięsłoneczną. Systemy oparte są na ułożonych w rzędach lustrach o parabolicznymkształcie. Długość takiej konstrukcji wynosi ponad 400 metrów. Taki system pozwala na maksymalne wykorzystanie promieniowania słonecznegow ciągu dnia.System pośredni posiada następujące elementy:

paraboliczne lustra,rury odbiorcze,olej transportujący ciepło,wymiennik ciepła,zbiorniki magazynujące,para,turbina,generatorkondensator,wieża chłodnicza.

Zasada działania instalacji pośredniejSystem pośredni działa w następujący sposób: połączone ze sobą parabolicznelustra koncentrują promieniowanie słoneczne na specjalnie zaprojektowanych,próżniowych rurach odbiorczych. Kształt luster pozwala na odbijanie promienisłonecznych przez cały dzień, bez zależności od pozycji Słońca na niebie. Rurypróżniowe przekształcają energię słoneczną w ciepło, które transportowanejest za pomocą umieszczonego w nim oleju. Jego temperatura wynosi 400stopni Celsjusza, co pozwala na podgrzewanie pary w wymienniku ciepła. Ta z kolei napędza tradycyjne turbiny parowe. Niemal najważniejszym elementem systemów pośrednich jest rura odbiorcza,która posiada największy wpływ na sprawność całego układu. Cechuje się onawysokim stopniem absorpcji promieniowania słonecznego oraz niskim współ-czynnikiem emisji termicznej. Zastosowanie specjalnych powłok absorpcyjnycho długim okresie żywotności (stabilności cieplnej) odpowiadają za bardzo wysokiewłaściwości optyczne oraz absorpcyjne rur. Efektem wykorzystania wysokiej ja-kości materiałów jest maksymalizacja sprawności instalacji oraz przyczynieniesię do długiej eksploatacji. Elektrownie tego typu znajdują głównie zastosowanie w przypadku wymaganychdużych uzysków energetycznych (do 300 MW). Z racji powierzchni roboczej in-stalacji, lokalizowane są one na dużych, wolnych, nieuprawnych obszarach. Na

decyzję o lokalizacji tego typu inwestycji bardzo duży, jeżeli nie największy wpływma ilość dni słonecznych w roku. Z tego powodu systemy pośrednie nie są spo-tykane w Polsce. Elektrownie CSP można znaleźć np. w Hiszpanii oraz StanachZjednoczonych.

Elementy instalacji fotowoltaicznychPoza wymienionymi wyżej panelami słonecznymi, w skład instalacji fotowoltaicz-nych wchodzi jeszcze kilka innych urządzeń. Poniżej prezentujemy pozostałe elementy.

PrzetwornicePrzetwornica napięcia zwana także  inwerterem mocy  jest urządzeniem elek-trycznym pozwalającym na zasilanie określonych odbiorników z układów zasilają-cych, których parametry (np. napięcie) nie pozwalają na bezpośrednie połączeniez odbiornikiem. Przetwornica ma za zadanie tak zmienić wartości prądu oraznapięcia, by zasilanie odpowiadało wymogom odbiornika. Operacja ta wykonywanajest przy tym z jak najmniejszymi stratami mocy (wysoka sprawność konwertera).Konwertery mocy stosowane są zarówno w układach wymagających wprowa-dzenia znacznych różnic pomiędzy napięciami (a zatem wielokrotnego podwyż-szenia lub obniżenia napięcia), jak i w sytuacjach, gdy są one prawie jednakowe,lecz zasilany odbiornik wymaga większej stałości tych parametrów, niż może jązapewnić stosowane źródło prądu (na przykład, rozładowująca się bateria). Po-nadto, zadaniem konwertera mocy może być zmiana częstotliwości prądu prze-miennego, ewentualnie zmiana napięcia stałego na przemienne, lub odwrotnie.W przypadku fotowoltaiki, konwerter służy do przemiany prądu stałego na prądprzemienny. Odpowiednio dobrana przetwornica zapewnia bezpieczną oraz bez-awaryjną pracę całej instalacji. Przetwornica to niezbędny element systemów fotowoltaicznych, który służy dokonwersji prądu stałego na prąd przemienny. Jest to urządzenie, które odpo-wiednio dobrane zapewnia bezpieczną i bezawaryjną pracę systemu. Bateriesłoneczne wraz z przetwornicami pracują w mało przewidywalnych warunkach.Biorąc pod uwagę wysokie koszty paneli i związanej z nimi elektroniki ważne jestzatem stosowanie dodatkowych zabezpieczeń chroniących całość instalacjiprzed możliwymi usterkami. Szczególnie należy zapewnić realizację zabezpie-czenia przepięciowego, przeciążeniowego i temperaturowego.

Regulator ładowaniaRegulator ładowania to urządzenie stosowane w instalacji pomiędzy ogniwamifotowoltaicznymi a akumulatorami. Mechanizmy te są używane w celu utrzymanianaładowanych w jak największym stopniu akumulatorów i nie doprowadzać dosytuacji ich przeładowania oraz dopilnowania, by nie zostały one w pełni rozła-dowane przez urządzenia pobierające energię (odbiorniki). Co więcej, regulatorzabezpiecza akumulator przed rozładowaniem w nocy spowodowanym "cofaniem"

się prądu do paneli. W momencie, gdy napięcie na akumulatorze spada do nie-bezpiecznie niskiego poziomu, następuje odcięcie dopływu prądu do urządzeńkorzystających z energii zgromadzonej w akumulatorze.Istnieje szereg regulatorów, które różnią się od siebie napięciem pracy i maksy-malnym natężeniem prądu, które może płynąć przez układ. Najpopularniejszejednostki pracują z napięciem 12 lub 24 V. Zastosowanie znajdują także regula-tory typu MPPT, które umożliwiają śledzenie punktu maksymalnej mocy pocho-dzącej z ogniwa, dzięki czemu uzysk energetyczny jest wyższy. Regulator, w za-leżności od napięcia podawanego przez panel, jest w stanie dostosowaćparametry pracy w sposób, który minimalizuje straty energii. Zaawansowanyalgorytm śledzący pozwala, aby panel pracował z parametrami, przy którychprodukuje najwięcej energii. Następnie wysokie napięcie płynące z paneli (nawet150V) obniżane jest do oczekiwanego poziomu (12 lub 24V).

Rodzaje regulatorów:prosty: jedno- lub dwustopniowy – pracuje na zasadzie przekazywania wytworzonej energii do akumulatora. Po osiągnięciu odpowiedniego napięcia, ogniwo fotowoltaiczne zostaje odłączone;trójstopniowy PWM (pulse-width modulation – modulacja szerokości impulsu)– działanie tego typu regulatora działa na zasadzie podobnej do tej, wykorzystywanej we wszystkim nam znanych ładowarkach do telefonów. W momencie, gdy bateria osiągnie wyznaczony limit napięcia, moduł PWM redukuje prąd ładowania, aby bateria nie uległa przegrzaniu, jednocześnie próbując przekazać maksymalną ilość energii do akumulatora. Gdy akumulatorjest naładowany, regulator przesyła krótkie sygnały o dużym natężeniu co kilka sekund, w sytuacji odwrotnej, gdy akumulator jest niemal rozładowany, urządzenie wysyła sygnał długi, ciągły. MPPT (maximum power point tracking) to regulatory śledzące punkt maksymalny mocy. Urządzenia tego rodzaju działają podobnie, jak regulatory PWM, są jednak od nich wydajniejsze o około 10-30% w zależności od danej sytuacji. Ma to również odzwierciedlenie w cenie jednostki. 

Zalety technologii PWM: obniżenie temperatury akumulatora,zwiększa akceptację prądu przez akumulator – możliwość naładowania akumulatora do wartości ok. 90-95% (ok. 60% w przypadku klasycznych rozwiązań),regulacja spadków napięcia w instalacji oraz kontrola nad efektami zmian temperatury w systemie,możliwość przywrócenia początkowej pojemności akumulatora,dostosowanie się do spadku pojemności akumulatora z wiekiem (starzenie się baterii),akumulator można naładować do 90-95% jego pojemności przy 60% dla klasycznych rozwiązań.

Korzyści płynące z zastosowania regulatora PWM:dłuższa żywotność akumulatora,większa dostępna pojemność akumulatora,zmniejszenie częstotliwości odłączania się urządzeń,wyższa sprawność instalacji fotowoltaicznej,możliwość zastosowania mniejszej baterii w celu zmniejszenia kosztów,możliwość zmniejszenia powierzchni paneli fotowoltaicznych.

AkumulatorAkumulatory znajdują zastosowanie w instalacjach fotowoltaicznych, w którychwymagane jest gromadzenie energii. Zapewniają one komfort elektryczny dlazastosowanych odbiorników w określonym czasie np. godzin lub dni. Najczęściejspotykane jednostki to akumulatory kwasowo-ołowiowe, składające się z sześciuogniw o napięciu 2,1 V połączonych szeregowo. Elektrolitem jest w nich wodnyroztwór kwasu siarkowego, a elektrody zbudowane są z ołowiu Pb (katoda)i tlenku ołowiu PbO2 (anoda). W systemach solarnych można również wykorzys-tać akumulatory innego typu, takie jak np. żelowe. Zaletami tych jednostek są: wyższa ilość możliwych rozładowań/naładowań, odporność na wysoką tempera-turę, przystosowane do pracy przy niestabilnej sieci zasilającej, zżelowany elektrolit. Główną wadą akumulatorów żelowych jest ich wysoka cena. Akumu-latory stosowane w instalacjach fotowoltaicznych powinny charakteryzowaćsię możliwością wielokrotnego ładowania i rozładowywania. Istotną cechą urzą-dzeń jest tzw. próg dopuszczalnego rozładowania (wyrażonego w woltach),który powinien mieć jak najniższą wartość. Oznacza on możliwe dopuszczalnerozładowanie będące granicą bezpieczeństwa. Kolejną istotną cechą wyboruakumulatorów jest ich pojemność wyrażona w amperogodzinach.

System montażowySystem montażowy pozwala na bezpieczny i stabilny montaż paneli fotowolta-icznych w określonej lokalizacji. W zależności od rodzaju systemu fotowoltaicz-nego stosowane są różne rozwiązania. Przede wszystkim wpływ ma lokalizacjafotoogniw, np. na dachu lub na płaskiej powierzchni terenu. System instalacyjnysystemu fotowoltaicznego może składać się np. z konstrukcji nośnej, uchwytówdachowych czy szyn montażowych. Dobrze wykonana konstrukcja ma za zadaniezapewnić w głównej mierze odpowiednie nachylenie panelu fotowoltaicznego, aletakże jego bezpieczne funkcjonowanie.

Akcesoria i kableAkcesoria, kable i przewody to bardzo ważne elementy instalacji fotowoltaicz-nych. Są one niezbędne, a dodatkowo stanowią o skuteczności, wydajności orazbezpieczeństwie funkcjonowania konstrukcji PV. Zasadniczą cechą akcesoriów,kabli i przewodów muszą być ich odpowiednie dostosowanie do pozostałychurządzeń instalacji fotowoltaicznej oraz wysoka jakość wykonania.

Energetyka wiatrowa

Historia w PolsceEnergetyka wiatrowa w naszym kraju zaczęła rozwijać się dopiero na początkulat dziewięćdziesiątych, głównie na wybrzeżu ze względu na bardzo korzystnewarunki. Pierwsza siłownia powstała w 1991 roku w pobliżu wcześniej istniejącejjuż Elektrowni Wodnej w Żarnowcu. Obecnie w tym miejscu znajduje się farmawiatrowa Lisewo (uruchomienie w 2005 roku, moc 10,8 MW). Pierwsza farmawiatrowa w Polsce została uruchomiona w kwietniu 2001 roku w Barzowicach(zainstalowana moc – 5 MW). Do końca roku 1999 uruchomiono 14 farm wiatrowych o łącznej, zainstalowanejmocy ponad 3,5 MW. Obecnie wielu inwestorów interesuje się energetyką wiat-rową ze względu na bardzo korzystne warunki inwestycji w naszym kraju. Dlaporównania – Polska znajduje się w tych samych strefach wietrzności, coNiemcy, które przodują w produkcji energii z wiatru w Europie, na świecieplasują się za dwiema potęgami – Chinami oraz Stanami Zjednoczonymi. Daje toszanse na nie tylko na duże zwroty z inwestycji, ale także na bardzo wysokiudział OZE w bilansie energetycznym Polski. W porównaniu do państw zachodniejEuropy, takich jak Niemcy, Dania czy Holandia, polska energetyka wiatrowastopniowo zaczyna się rozwijać.Od początku XXI wieku energetyka wiatrowa rozwija się w tempie 20-30% rocz-nie. W przeciwieństwie do wyczerpujących się już złóż surowców energetycznych(np. węgiel brunatny, kamienny) odnawialne źródła energii stanowią nieograni-czone zasoby (np. energia słoneczna, wiatrowa). Co więcej, OZE jest najszybciejrozwijającą się gałęzią gospodarki na świecie.

Szansa dla PolskiWieloletnie pomiary wiatru pozwoliły na utworzenie mapy wietrzności Polski,która pozwala określić skuteczność siłowni wiatrowej na danym terenie. Bardzodobre warunki do instalacji elektrowni wiatrowych prognozują duży rozwój elek-trowni wiatrowych w Polsce, zarówno farm wiatrowych, pojedynczych siłowniczy przydomowych instalacji wiatrowych. Dyrektywa Parlamentu Europejskiegoi Rady 2009/28/WE w sprawie promowania stosowania OZE dodatkowo ułatwiasprawę – o wiele łatwiej jest uzyskać informacje na temat przedsięwzięcia, kre-dyty czy porady firm specjalizujących się danej dziedzinie. Wszystko to wpływana bardzo dynamiczny i perspektywiczny rozwój sektora odnawialnych źródełenergii w Polsce, w tym siłowni wiatrowych.

Dlaczego energetyka wiatrowa?wzrastający popyt na energię, bez której współczesna cywilizacja nie jest w stanie funkcjonować,łatwość przyłączenia do sieci dystrybucyjnej pojedynczych siłowni wiatrowych(model rozproszony, przeciwieństwo farm wiatrowych),

nieustannie wzrastające ceny energii elektrycznej, szacunkowo wzrost o 80%w ciągu najbliższej dekady,konieczność zwiększenia produkcji energii ze źródeł odnawialnych w Polsce i Unii Europejskiej prawie dwukrotnie w najbliższych ośmiu latach,dyrektywa UE/2009/28/WE nakazująca rządom krajów UE wsparcie projektów OZE,ustawa o OZE deklarująca odkup zielonej energii zapewnia stabilność rynku i wsparcie instalacji siłowni wiatrowych o mocach do 2 MW,niezależność od sytuacji na rynkach finansowych, branża energetyczna jest odporna na kryzys,przyjazna środowisku – elektrownie wiatrowe powodują najmniejszy wpływ naekosystem spośród znanych technologii wytwarzania energii elektrycznej,ochrona środowiska – podczas produkcji energii elektrycznej nie występuje emisja CO2 do atmosfery,energia wiatru w przeciwieństwie do surowców używanych w konwencjonalnychelektrowniach jest niewyczerpalnym źródłem energii.

Zalety energetyki wiatrowej w modelu rozproszonym względem farm wiatrowych:

brak konieczności posiadania dużych, odosobnionych przestrzeni na instalacje,większe szanse na przyłączenie siłowni do sieci, brak konieczności budowania kosztownych przyłączy,gwarancja wykupu energii (dyrektywy UE),mniejsze koszty realizacji,szybszy czas realizacji inwestycji,mniej problemowe konsultacje społeczne,niższy wpływ na środowisko, łatwiejsze konsultacje z lokalnymi społecznościami, ekologami,łatwiejsze uzyskanie pozwoleń oraz przeprowadzenie stosownych badań i pomiarów.

Gwarancje bezpieczeństwa inwestycji w elektrownie wiatrowe:Unia Europejska – Polska zobligowana jest uzyskać  15% udział OZE w mixie energetycznym do 2020 roku, 20% do roku 2030 oraz 50% do roku 2050. Gwarantuje to wsparcie państwa dla producentów energii ze źródeł odnawialnych.Gwarancja odbioru – dystrybutorzy energii są ustawowo zobowiązani do wykupienia energii od producentów energii wykorzystujących odnawialne źródłaenergii. W połączeniu z długoterminowymi kontraktami pozwala to w pełni zabezpieczyć kredytowanie inwestycji (banki bardzo chętnie udzielają kredytyna inwestycje w OZE).Wysoka rentowność - bardzo krótki zwrot z inwestycji oraz relatywnie łatwyw pozyskaniu kredyt inwestycyjny.

Ceny energii - rynek energii elektrycznej w UE będzie podlegał liberalizacji, cooznacza duży wzrost cen (prognozy nawet o 80% w przeciągu najbliższej dekady). Ceny w Polsce są znacząco niższe, więc dochód z energii może tylkowzrosnąć (spadną ceny Zielonych Certyfikatów, jednak cena energii dodatkowowzrośnie).

Przygotowanie lokalizacjiWarunkiem opłacalności inwestycji w siłownię wiatrową jest dobranie odpo-wiedniej lokalizacji. Wybiera się ją na podstawie prędkości wiatru w danym miej-scu oraz liczby wietrznych dni. W przypadku siłowni wiatrowych, których celemjest odsprzedaż produkowanej energii elektrycznej, pomiary wietrzności wyko-nywane są minimum przez rok na specjalnie przystosowanym do tego celumaszcie (którego wielkość będzie odpowiadała masztowi siłowni wiatrowej).Dane pobierane są przez anemometry umieszczone na kilku wysokościach. Poprzeprowadzonych badaniach na podstawie zgromadzonych danych można ustalićklasę wietrzności danej lokalizacji oraz dobrać odpowiedni typ konstrukcji, któraw najlepszym stopniu będzie odpowiadała warunkom w danej lokalizacji.W przypadku przydomowych instalacji wiatrowych, których celem nie jest od-sprzedaż energii, a jedynie wsparcie domostwa lub gospodarstwa, pomiary wy-konywane są relatywnie krócej. Wpływa na to przede wszystkim wielkość i typelektrowni wiatrowej. Przydomowe instalacje są o wiele mniejsze oraz nie po-siadają takich mocy, jak ich dużo większe odpowiedniki.

Podział elektrowni wiatrowychZe względu na zastosowanie:

przydomowe,przemysłowe (przystosowane do sprzedaży energii).

Ze względu na moc:mikro (do 100 W),małe (100-50 kW),duże (>50 kW).

Ze względu na lokalizację:morskie.

Budowa turbiny wiatrowejIstnieje kilka rodzajów turbin wiatrowych, jednak najczęściej spotykanym rodza-jem są siłownie o poziomej osi obrotu. Wirnik z łopatami (przeważnie trzy) jestzamocowany na głównym wale wspieranym na łożyskach. Wał przekazuje energięobrotu poprzez przekładnię do generatora, który przekształca ją w energię elek-tryczną. Ta z kolei jest dalej przekazywana do źródła odbioru (elektrownia lubdom w przypadku instalacji przydomowej). W przypadku innych rodzajów turbin, poniższy opis może się nieznacznie różnić.

Podstawowe elementy turbin wiatrowych:piasta,wirnik,wał napędowy,skrzynia biegów,generator,wieża,gondola.

Dlaczego turbina o osi poziomej się kręci?Fakt obracania się rotora siłowni wiatrowej na wskutek oddziaływania siły wiatru,spowodowany jest wytwarzaniem się różnic ciśnienia pomiędzy górną i dolnąpowierzchnią płata wirnika. Profile płatów zostały tak skonstruowane, by uzyskaćdwie powierzchnie o różnych długościach. Wiejący wiatr omiatając obydwie po-wierzchnie: dłuższą (górna część płata) oraz krótszą (dolna część płata) wy-twarza odpowiednio ciśnienie niższe oraz wyższe. Różnica występujących ciśnień pomiędzy płatem powoduje powstanie ciągu aero-dynamicznego skierowanego w stronę ciśnienia niższego (efekt wyrównywania sięciśnień). Powstały ciąg aerodynamiczny dynamicznie oddziałuje z płatem wirnika,który „ustępuje” powstałemu naciskowi obrotem centralnie osadzonego wału.Różnica ciśnień wytwarza siłę ciągu skierowaną w stronę niższego ciśnienia (ło-pata zostaje zassana przez obszar o niższym ciśnieniu). W przypadku skrzydełsamolotowych siła ta powoduje poderwanie samolotu z ziemi. Biorąc pod uwagęelektrownię wiatrową, bardziej zależy nam na ruchu obrotowym śmigła, a zmi-nimalizowaniu siły ciągu, która dążyłaby do wyrwania rotora z gondoli. Siła po-pychająca łopatę do ruchu obrotowego jest wynikiem dążenia do wyrównaniaciśnień. Powietrze szybciej przepływa nad górnym płatem niż dolnym wytwarzającsiłę popychającą łopatę do ruchu obrotowego.

Uzyskanie energiiTurbiny wiatrowe przetwarzają energię kinetyczną wytworzoną podczas ruchuobrotowego na energię użyteczną w postaci energii elektrycznej za pośrednic-twem rotora umieszczonego na wale połączonym z generatorem energii elek-trycznej. Dalej energia transportowana jest do odbiornika, by na końcu trafićdo dystrybutora energii elektrycznej w danej lokalizacji.

Rodzaje turbin wiatrowych:O poziomej osi obrotu:

jednopłatowe,dwupłatowe,trójpłatowe,wielopłatowe.z dyfuzorem (DAWT).

O pionowej osi obrotu:Darrieus, V-VAWT,H-VAWT,Savoniusa.

Zalety i wady konstrukcji o poziomej osi obrotu:Zalety:

wyższa sprawność od turbin o pionowej osi obrotu,vwzględy wizualne – bardziej estetyczny wygląd.

Wady: ze względu na gabaryty, wymagany jest mechanizm hamujący ze względu na wysoką prędkość obrotową przy silnym wietrze,wymagają mechanizmu naprowadzania na wiatr (najbardziej popularne konstrukcje – nawietrzne).

Zalety i wady konstrukcji o pionowej osi obrotu:Zalety:

niemal identyczna praca w zależności od kierunku wiatru - nie wymagają mechanizmu naprowadzania na wiatr, prosta konstrukcja,możliwość łatwego montażu np. na budynkach – brak konieczności stawiania masztu,cichsza praca od siłowni o poziomej osi obrotu,odporność na silne podmuchy wiatru,brak konieczności montowania mechanizmów hamujących,nie generują dużego hałasu oraz mocnych wibracji,niższy koszt instalacji oraz obsługi.

Wady: niższa sprawność,w niektórych przypadkach konieczny układ odpowiedzialny za wystartowanie siłowni ze względu na niski moment obrotowy.

Charakterystyki wybranych rodzajów turbinTurbiny klasyczneTurbiny o pionowej osi obrotu nazywane są turbinami o układzie klasycznym.Konstrukcja składa się z masztu, wirnika oraz zamocowanych na nim śmigieł.Zazwyczaj mocowane są 3 łopaty, choć spotyka się konstrukcje o jednym, dwóchlub wielu płatach (tzw. amerykańskie). Najczęściej spotykane są turbiny trójpłatowe, ze względu na największe uzyskiz siły wiatru. Pozostałe rozwiązania też są spotykane, choć bardzo rzadko.Z tego też powodu konstrukcje trójpłatowe są droższe od pozostałych konstrukcji.

Ze względu na położenie wirnika względem masztu w turbinach o poziomej osiobrotu możemy wyróżnić nawietrzne oraz zawietrzne.

Up-wind: wirniki nawietrzne są najczęściej spotykane, wymagają jednak bardzosztywnych i wytrzymałych łopat oraz systemu nakierowywania wirnika na wiatr.Wirnik znajduje się przed masztem.

Down-wind: wirniki zawietrzne, rozwiązanie bardzo rzadko stosowane. Wirnikznajduje się za masztem, jest podatny na podmuchy wiatru, więc nie ma ko-nieczności nastawiania go na wiatr. Rozwiązanie to jest mało popularne zewzględu na niższą sprawność konstrukcji.

Turbiny typu DAWTTurbiny typu DAWT (Diffuser Augmented Wind Turbine) są ściśle powiązanez prawem Bernoulliego mówiącego o zachowaniu się gazu w rurze o różnychśrednicach wlotu oraz wylotu. Stanowi ono, że przy przejściu przez dyfuzor gazzwiększa swoją prędkość przepływu. Tradycyjny wirnik o poziomej osi obrotuumieszczony w dyfuzorze (przewężeniu tunelu) pozwoli na wyższą efektywnośćw porównaniu do tej samej konstrukcji bez wykorzystywania tej właściwości gazów. W latach 70-tych XX wieku prowadzono badania nad siłowniami wiatrowymiumieszczonymi w dyfuzorach. Odkryto wtedy, że zwężający się wlot powodujewzrost prędkości wiatru przed wirnikiem. Co więcej, szczelina w dyfuzorze,która znajduje się za wirnikiem pozwala na utworzenie podciśnienia, co w efekcieprowadzi do kolejnego zwiększenia prędkości przepływu powietrza przez urządzenie. Zaletą tego typu konstrukcji jest możliwość działania nawet przy niewielkimwietrze, którego siła nie przekracza 4 metrów na sekundę.

Turbiny typu DarrieusZalety:

generator oraz przekładnia umieszczone są u podstawy turbiny, co ułatwia dostęp np. w razie potrzeby naprawy lub konserwacji,brak konieczności stawiania masztu, budowania wieży,mechanizm uniwersalny, brak konieczności ustawiania wirnika w kierunku wiatru,bezpieczniejsze dla ptaków oraz nietoperzy ze względu na umiejscowienie przy ziemi,

Wady:generator i przekładnia są łatwo dostępne, np. dla wandali,podatność na uszkodzenia mechaniczne z powodu dużych sił odśrodkowych działających na łopaty wirnika (pracuje on z wyższą prędkościąniż prędkość wiatru),niemal zerowy moment rozruchowy, konieczność rozpędzenia wirnika,

wymiana głównego łożyska wiąże się z koniecznością demontażu całej konstrukcji,niska efektywność (niska prędkość wiatru nad ziemią).

Turbiny SavoniusaTurbina Savoniusa cechuje się dość prostą budową. Konstrukcja oparta jest nawalcu umieszczonym w centralnej części, na którym osadzone są wygięte blachy,które z góry wyglądają jak litera „S”. Turbina działa na zasadzie siły parciawiatru na łopaty, w mniejszym stopniu wykorzystana jest siła nośna wiatru. Wydajność turbiny zależy przede wszystkim od wielkości konstrukcji. Ta jednaknie może być zbyt duża, ze względu na niewielką odporność na silne porywywiatru. Uzyskanie wyższej sprawności wiąże się więc bezpośrednio ze wzmoc-nieniem całej konstrukcji.Turbina znajduje szerokie zastosowanie w pompach wodnych.Zalety:

bardzo prosta budowa,duży moment obrotowy, nie wymaga dodatkowego źródła energii do startu,niemal bezgłośna konstrukcja.

Wady: relatywnie niska sprawność,większe uzyski energii w przypadku zainstalowania większej turbiny, co wiąże się z rozbudową całej konstrukcji (wzmocnieniem).

Wady i zalety, kontrowersje dotyczące elektrowni wiatrowychNajwiększą przeszkodą w przypadku inwestycji w dużą siłownię wiatrową jestuzyskanie odpowiednich pozwoleń. Maszt o wysokości 100 metrów w znacznymstopniu wpływa na lokalny ekosystem. Czynniki wypływające na środowisko pod-czas użytkowania elektrowni wiatrowej:

zagospodarowanie gruntu,słabo rozwinięta infrastruktura energetyczna na obszarach wiejskich,hałas generowany przez łopaty wirnika (hałas infradźwiękowy oraz niskoczęstotliwościowy),wibracje,wpływ na zwierzęta (ptaki, nietoperze lub zwierzęta morskie w przypadku instalacji siłowni w zbiorniku wodnym),wpływ na mikroklimat danej lokalizacji,zakłócenia komunikacji elektromagnetycznej, wpływ na działanie radiolokacji,rzadkie awarie i wypadki,wpływ na krajobraz – efekty wizualne,długi okres czekania na odpowiednie pozwolenia,wysokie koszty inwestycji (jednak długi okres eksploatacji siłowni),oddziaływanie na człowieka (na razie bardzo szczątkowe informacje, obecnie temat sporów pomiędzy zwolennikami, a przeciwnikami siłowni wiatrowych).

Elektrownie wiatrowe są ściśle uzależnione od warunków meteorologicznychdanej lokalizacji. Z tego powodu, tradycyjna energetyka musi posiadać rezerwymocy w przypadku awarii siłowni lub niesprzyjających warunków atmosferycznych(np. zbyt mały lub zbyt silny wiatr). Co więcej, w pewnych sytuacjach elektrowniawiatrowa wymaga dodatkowego źródła zasilania – np. w przypadku niedosta-tecznej siły wiatru do rozpędzenia wirnika lub w przypadku konieczności zatrzy-mania łopat ze względu na zbyt silny wiatr i ryzyko uszkodzenia konstrukcji. Na-leży również brać pod uwagę fakt, że elektrownia wiatrowa o wiele efektywniejpracuje w lokalizacji, w której wieje stały, umiarkowany wiatr, aniżeli sporadyczny,lecz bardzo mocny.Argumentem przemawiającym za elektrowniami wiatrowymi (podobnie jak za in-nymi, zielonymi inwestycjami) jest konieczność zmniejszenia emisji dwutlenkuwęgla do atmosfery. Raporty dotyczące przyszłości energetyki Unii Europejskiejczy całego świata stanowią jasno – energetyka wiatrowa jest jednym z najbar-dziej konkurencyjnych i efektywnych rozwiązań (tyczy się to głównie elektrowniumiejscowionych na morzu). Drugim z rozwiązań jest energia atomu. Pozostająjednak kontrowersje i problemy dotyczące składowania odpadów radioaktywnychoraz skończonych zapasów pierwiastków promieniotwórczych, przede wszystkimuranu. Pozostaje też kwestia skażeń radioaktywnych, takich jak w przypadkuawarii reaktora w Czarnobylu czy uszkodzeniem w reaktora w inny sposób, np.w skutek trzęsienia ziemi (Fukushima, Japonia – 2011 rok). W kontekście zobowiązań wobec Unii Europejskiej, elektrownie wiatrowe wydająsię być najkorzystniejszym rozwiązaniem dla Polski. Mapa wietrzności naszegokraju wygląda podobnie do Niemiec, które są pierwszą potęgą siłowni wiatrowychw Europie oraz trzecią na Świecie. Istnieje jednak wiele przeszkód prawnychzwiązanych z dużymi kosztami inwestycji, problemami z przyłączeniem do siecielektrycznej siłowni wiatrowych lub farm o mocach powyżej 2 MW oraz pozwo-leniami. Ostatnie lata pokazują jednak, że skala problemów sukcesywnie maleje.

Przydomowe elektrownie wiatroweTemat przydomowych elektrowni wiatrowych to wciąż rzecz nowa i nie wszystkimznana. Prostą konstrukcję wykorzystującą siłę wiatru można zbudować niemalsamemu i cieszyć się bezpłatną energią we własnym domu, na działce czyw gospodarstwie. Celem takiego urządzenia jest wsparcie w niewielkim stopniukonwencjonalnych źródeł energii wykorzystywanych do np. ocieplania domu czyzasilania urządzeń elektrycznych. Koszty budowy oraz eksploatacji przydomowej elektrowni wiatrowej są relatywnieniskie, stąd zwrot kosztów inwestycji zwraca się nawet po trzech latach. Jestto jeden z kroków, które można wykonać celem częściowego uniezależnienia sięod lokalnego dostawcy energii.Minione lata pokazują wzrost zainteresowania przydomowymi elektrowniamiwiatrowymi. Stało się tak nie tylko z powodu wzrostu cen energii oraz niższychkosztów urządzeń i instalacji wiatrowych. Jest to powód wprowadzonej w PolsceDyrektywy Unii Europejskiej nr 2002/91/WE w sprawie charakterystyki energe-

tycznej budynków. Stanowi ona, że projektanci nowych budynków w dokumenta-cjach będą musieli uwzględniać zastosowanie instalacji czerpiących energięz odnawialnych źródeł energii.

Etapy doboru elektrowni przydomowejCel instalacji elektrowni wiatrowejDecyzję o wyborze odpowiedniej elektrowni wiatrowej poprzedza określenie celujej instalacji. Wytworzoną energię można wykorzystywać na kilka sposobów.Efektywnym odbiornikiem, a jednocześnie akumulatorem energii jest woda użyt-kowa gromadzona w zbiorniku. W ten sposób instalacja jest w stanie wykorzys-tać niemal 100% uzyskanej energii przekazując ją np. poprzez prostą grzałkęelektryczną podgrzewając ciecz. W przypadku chęci konwertowania energii uzyskanej dzięki siłowni wiatrowej ce-lem uzyskania energii elektrycznej (np. standardowych u nas 230 V, 50 Hz), wy-stępują straty energii na skutek magazynowania energii w akumulatorach.

Efektywność elektrowni w zależności od:położenia geograficznego – efektywność elektrowni wiatrowych zależy od poziomu wietrzności w danej lokalizacji, czyli ilości wietrznych dni w roku orazśredniej prędkości wiatru w ciągu dnia,ukształtowania terenu – optymalnymi dla siłowni wiatrowych terenami są te,które nie posiadają w okolicy żadnych konstrukcji, które mogłyby być przeszkodądla wiatru,wysokości masztu – teoretycznie, im wyżej, tym większy wiatr. W niektórychsytuacjach nawet niewielkie przedłużenie masztu potrafi przynieść dość dużywzrost efektywności urządzenia,warunków meteorologicznych – powszechnie wiadomo, że w różnych porach roku oraz dnia, wiatr wieje w różnym stopniu.

Aby dokładnie określić moc strumienia powietrza, wykonuje się szereg pomiarów.Wspomnieliśmy wyżej o optymalnych warunkach dla siłowni wiatrowych. Istniejeparametr zwany szorstkością (klasa szorstkości), która określa wpływ przeszkódna zaburzenia przepływu powietrza. Rzeczywiste ukształtowanie powierzchnigruntu, jego pofałdowanie, budowle, drzewa – wszystko to ma wpływ na fluk-tuacje mas powietrza oraz związane z nimi turbulencje. Utworzono szereg klas szorstkości pozwalających na porównanie opłacalnościinwestycji w poszczególnych lokalizacjach. Określa się na podstawie dokładnychpomiarów lub na podstawie obserwacji (przybliżone wartości).

Przykłady:Klasa 0 – powierzchnia wody,Klasa 0,5 – całkowicie otwarty teren, np. betonowe lotnisko, trawiasta łąka,Klasa 1 – otwarte pola uprawne z niskimi zabudowaniami (pojedynczymi), lekko pofałdowany teren,

Klasa 2 – tereny uprawne z nielicznymi zabudowaniami i 8-metrowymi żywopło-tami oddalonymi od siebie o ok. 500 m,Klasa 3 – wioski, małe miasteczka, tereny uprawne z licznymi żywopłotami, las,pofałdowany teren,Klasa 4 – bardzo duże miasta z wysokimi budynkami i drapaczami chmur.

Dobór masztu oraz konstrukcji elektrowni wiatrowejPrzydomowe, masztowe elektrownie wiatrowe mogą różnić się od siebie sposo-bem mocowania. Jednostki mniejsze (zazwyczaj o mocy do 2 kW) ze względu naniewielki ciężar gondoli mogą być mocowane na maszcie z odciągami linowymi.Zaletą takiego rozwiązania jest łatwa, nieskomplikowana konstrukcja, minusemjest hałas generowany przez wiatr przebiegający między linami oraz wymaganapowierzchnia (np. spowodowanie zmniejszenia obszaru uprawnego). Kolejną wadątakiego rozwiązania jest konieczność sprawdzania naciągu lin przynajmniej dwarazy do roku oraz podatność na akty wandalizmu. Jednostki większe wymagają bardziej stabilnej konstrukcji, stąd koniecznośćzastosowania masztów wolnostojących. Wykorzystywane są maszty wykonanez pełnego słupa lub z kratownic. Te drugie są tańsze przy zakupie oraz eksploa-tacji ze względu na zastosowany materiał, transport, montaż oraz konserwację.Co więcej, są one lżejsze oraz słabo widoczne z dalszych odległości, co możemieć również wpływ na decyzję inwestora (względy wizualne). Pełne konstrukcjesą cięższe i bardziej trwałe, wymagają jednak większych nakładów finansowychoraz solidnych fundamentów.Istnieją też rozwiązania pokrewne o pionowej osi obrotu. W porównaniu do kon-strukcji o poziomej osi obrotu są one zazwyczaj dużo mniejsze oraz mniej wy-dajne. Dedykowane są one budynkom w terenie gęsto zabudowanym i nadają sięnp. do oświetlenia zewnętrznego posesji. Elektrownie wiatrowe o pionowej osi obrotu posiadają mniejszą sprawność zewzględu na ich konstrukcję. Łopaty wirnika generują dodatkowo opór: gdy jednałopata wirnika pchana jest przez wiatr, druga pracuje „pod wiatr”. Istnieją roz-wiązania (dyfuzory lub konfuzory), które zmniejszają tę wartość, jednak w ogólnymrozrachunku nie da się jej całkowicie wyeliminować (można wtedy przyjąć, że maznikomą wartość hamującą, lecz nie jest to pracująca część wirnika).

Przemysłowe elektrownie wiatroweNajczęściej spotykanym modelem turbiny profesjonalnej jest turbina o trzechaeorodynamicznych łopatach wykonanych z włókien szklanych lub węglowych,osadzona na maszcie o wysokości 50-100 m wykonanym ze stali (tubulama lubrzadziej kratowa). W wielu zaawansowanych projektach turbin wiatrowych stosujesię system zmiany kąta natarcia wiatru na powierzchnię łopaty. Realizuje się topoprzez obrót każdej łopaty wokół własnej osi. Kąt natarcia reguluje się tak, abybył on najbardziej korzystny w danym przedziale prędkości. Zabezpieczeniem si-łowni przez zniszczeniem (nadmierną prędkością obrotową) jest system hamul-cowy. Automatyczne zatrzymanie siłowni wiatrowej następuje przy prędkości

wiatru od 25 – 30 m/s oraz poniżej 4 m/s. Stosuje się dwa rodzaje hamulców:mechaniczne – najczęściej tarczowe oraz hamulce aerodynamiczne tzn. zmianakąta ustawienia łopat oraz pozycji turbiny wraz z łopatami. Z racji wielu poten-cjalnych awarii, które mogłyby stanowić zagrożenie, profe sjonalne siłownie wiat-rowe muszą być wyposażone w szereg najnowocześniejszych rozwiązań, by nietylko funkcjonować z najwyższą efektywnością, ale także maksymalnym bezpie-czeństwem. Systemy sterowania w obecnie produkowanych turbinach są bardzorozbudowane. Z tego powodu mówi się o „statku kosmicznym na stumetrowymmaszcie”. W skład systemu wchodzą elementy odpowiedzialne za:

automatyczne naprowadzanie wirnika na wiatr w celu maksymalnego wykorzystania energii wiatru,automatyczną, płynną regulacje napięcia i częstotliwości generatora prądu,uruchamianie oraz zatrzymywanie elektrowni,połączenie z zewnętrznymi urządzeniami kontrolnymi (sterowanie automatyczne lub manualne),odkręcanie kabli wiązki energetyczno-sygnałowej,rejestrację i opracowanie statystyki pracy poszczególnych podzespołów elektrowni,rejestrację tzw. „czarnej skrzynki“ dla sytuacji awaryjnych.

Aby uzyskać sterowanie powyższymi parametrami należy dokonać pomiaru wielkości takich jak:

prędkość wiatru,kierunek wiatru,prędkość obrotowa wirnika,prędkość obrotowa generatora,kąt skręcenia kabli,temperatura generatora,temperatura przekładni,napięcie generatora i prądy fazowe,moc przekładni,kąt natarcia łopat,krańcówka skręcenia kabli,stycznik główny,stan zużycia hamulców tarczowych,przyciski sterujące,sygnały potwierdzeń,wyłącznik.

Dotacje

WstępW marcu 2007 r. przywódcy państw europejskich zadecydowali, iż w 2020 r.20% całej energii wykorzystywanej w Unii Europejskiej ma pochodzić ze źródełodnawialnych takich jak wiatr czy słońce. Zgodnie z podjętymi zobowiązaniami,w Polsce udział energii odnawialnej w roku 2020 ma wynosić 15%. Zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii w krajach Unii Europejskiej wymaga znacznego wsparcia finansowego z budżetów państw orazwspólnoty. Strategie opierają się na podwyższenie wykorzystania odnawialnychźródeł energii, redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery oraz ogólnegozmniejszenia zużycia energii. Z tego powodu, w obecnej perspektywie finansowejpojawiła się możliwość bezpośredniego współfinansowania inwestycji dotyczącychodnawialnych źródeł energii ze środków unijnych.Największe wsparcie można uzyskać inwestując w zieloną energię, czyli tzw.OZE (odnawialne źródła energii). Instalacje wykorzystujące niekonwencjonalneźródła energii nie tylko przyczyniają się do zmniejszenia ingerencji w środowisko,ale także zwiększają bezpieczeństwo energetyczne regionu czy kraju. Analizydotyczące sektora energetyki odnawialnej w Polsce i Europie potwierdzają dużetempo rozwoju i przewidują dalszy, znaczny wzrost. Niemałe znaczenie odgrywajątutaj fundusze unijne. Inwestycje w odnawialne źródła energii spotykają się z wieloma trudnościami– koniecznością uzyskania wielu pozwoleń czy długimi badaniami dotyczącychopłacalności inwestycji na danym terenie. Szereg instrumentów prawnych UniiEuropejskiej pozwala zainteresowanym podmiotom na szybszą i łatwiejszą rea-lizację inwestycji.

Wsparcie na poziomie krajowymObecnie jesteśmy na etapie określonym na lata 2007-2013. Środki, które zos-tały przeznaczone na rozwój OZE w tym okresie to ponad 2 miliardy Euro. Koń-cowym etapem kwalifikowalności inwestycji jest koniec roku 2015. W ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko (PO IiŚ), działanie9.4 „Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych” dofinansowane mogą być in-stalacje wytwarzania energii elektrycznej wykorzystujących energię wiatru,wody (elektrownie wodne do 10 MW) oraz innych odnawialnych źródeł energii.W ramach IX-go priorytetu PO IiŚ „Infrastruktura Energetyczna Przyjazna Śro-dowisku I Efektywność Energetyczna” realizowane będą następujące działania:

Działanie 9.1 pn.: „Wysokosprawne wytwarzanie energii”, której celem działaniajest zwiększenie sprawności wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Należy pamiętać jednak, że dofinansowaniem objęte zostaną jedyne projekty wykorzystujące taką technologię, która umożliwi nie tylko efektywne wykorzystanie energii elektrycznej i ciepła, ale także przyczyni się do zmniejszenia emisji szkodliwych substancji.

Działanie 9.2 pn.: „Efektywna dystrybucja energii”, której celem jest zmniejszenie strat energii powstających w procesie dystrybucji energii elektrycznej i ciepła. Projekt powinien przyczyniać się do ograniczenia strat sieciowych, a tym samym do oszczędności energii w procesie przesyłu. Możnauzyskać dofinansowanie na realizację projektu pod warunkiem, iż obniży on straty energii o co najmniej 30 proc.Działanie 9.3 pn.: „Termomodernizacja obiektów użyteczności publicznej”. Działanie ma na celu wsparcie projektów, które przyczynią się do zmniejszeniazużycia energii w obiektach użyteczności publicznej (np. budynki administracjipublicznej, wymiaru sprawiedliwości, kultury, kultu religijnego, oświaty, szkolnictwa wyższego, sportowe, nauki, opieki zdrowotnej, opieki społecznej i socjalnej).Projekty mogą dotyczyć zmniejszenia zapotrzebowania i zużycia energii cieplnejw budynkach użyteczności publicznej. W ramach projektu można ocieplić budynek, jak też wymienić wyposażenie budynku, takie jak drzwi, okna, systemygrzewcze, wentylacyjne czy klimatyzację, a także zakupić urządzenia energooszczędne.Działanie 9.4 pn.: „Wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych”, które wspierać będzie budowę lub zwiększenie mocy jednostek wytwarzania energiielektrycznej, wykorzystujących energię wody w małych elektrowniach wodnychdo 10 MW, biogazu i biomasy, wiatru, a także ciepła przy wykorzystaniu energii geotermalnej i słonecznej;Działanie 9.6. pn.: „Sieci ułatwiające odbiór energii ze źródeł odnawialnych”,obejmuje budowę oraz modernizację sieci umożliwiających przydacznie jednostek wytwarzania energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych.

Ponadto w ramach priorytetu X PO IiŚ Bezpieczeństwo energetyczne, w tymdywersyfikacja źródeł energii wsparcie uzyskać będzie można na projekty inwe-stycyjne mające na celu rozbudowę przemysłu produkującego na potrzeby sek-tora odnawialnych źródeł energii, np. producenci instalacji solarnych, siłowniwiatrowych czy elektrowni wodnych itp. (działanie 10.3).Przykładowe projekty w ramach działania 10.3:Budowa zakładów produkujących urządzenia do wytwarzania:– energii elektrycznej z wiatru, wody w małych elektrowniach wodnych do 10 MW.

Jednym z głównych kryteriów wejścia do powyższych działań jest minimalnawartość kosztów kwalifikowanych, która wynosi od 4 mln złotych w przypadkubudowy małych elektrowni wodnych do 20 mln PLN w przypadku np. budowyelektrowni wiatrowej. Zgodnie z mapą pomocy regionalnej, przedsiębiorca lokującyswoją inwestycję w województwie małopolskim, śląskim, dolnośląskim, pomor-skim, zachodniopomorskim oraz mazowieckim (poza Warszawą) może otrzymaćdo 40% wsparcia. W pozostałych województwach poziom ten wynosi 50%. Po-wyższe pułapy mogą zostać zwiększone o 10% w przypadku średniego przed-

siębiorcy oraz 20% w przypadku przedsiębiorcy małego. Ewentualne, dodatkoweograniczenia maksymalnej wysokości dofinansowania zostaną wprowadzonew momencie ogłoszenia szczegółowych zasad dystrybucji.

Wsparcie na poziomie regionuInwestycje, których wartość nie przekracza 20 milionów złotych mogą liczyć nadofinansowanie z Regionalnych Programów Operacyjnych (RPO). Każde z szes-nastu województw wdraża je osobno na zasadzie konkursów. Szczegółowe in-formacje na temat np. terminów zgłaszania projektów do konkursów podawanesą na stronach internetowych jednostek wdrażających. RPO są szczególnie atrakcyjne dla mniejszych projektów, które ze względu naproporcjonalnie mniejszą wysokość nie spełniają wymagań PO IŚ. Każde z woje-wództw przygotowało działania, w ramach których finansowane mogą być pro-jekty z zakresu OZE. W sumie na ich realizację przeznaczono kwotę ponad 650mln euro, przy czym w niektórych województwach, jak np. w województwieświętokrzyskim przedmiotem dofinansowania mogą być również projekty nie-związane bezpośrednio z OZE. Lata 2007-2013 to również możliwość finansowania inwestycji z zakresu od-nawialnych źródeł energii z Programu Rozwoju Obszarów Wiejskich. Działanie3.2.1 „Podstawowe usługi dla gospodarki i ludności wiejskiej” zakłada możliwośćwsparcia projektów w zakresie wytwarzania i dystrybucji energii z OZE w wyso-kości do 75% kosztów kwalifikowanych, których wartość inwestycji nie przekra-cza 3 milionów złotych. Programy te mogą zostać zrealizowane na terenachgmin wiejskicj oraz miejsko-wiejskich z wyłączeniem miast o wielkości powyżej 5tysięcy mieszkańców.Poza wymienionymi powyżej formami wsparcia istnieje szereg innych możliwościdofinansowania projektów w zakresie OZE. Najważniejsze spośród nich to grantyEkoFunduszu oraz preferencyjne pożyczki pochodzące z Narodowego FunduszuOchrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Co więcej, szereg banków komercyj-nych posiada w swoich ofertach produkty dedykowane inwestycjom związanymz odnawialnymi źródłami energii zarówno dla osób prywatnych, przedsiębiorcóworaz jednostek sektora publicznego.

Dotacje na instalacje solarneW związku z założeniami Programu Priorytetowego w sprawie odnawialnychźródeł energii oraz dyrektywy 2009/28/WE Parlamentu Europejskiego i Radyz dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródełodnawialnych, od września 2010 do 2014 roku istnieje możliwość uzyskania45% dotacji na instalacje solarne z kolektorami słonecznymi dla klientów indy-widualnych oraz wspólnot mieszkaniowych. Dotacja funkcjonuje na zasadzieumarzanego w 45% kredytu, którego udzielają Banki Spółdzielcze oraz BankOchrony Środowiska.

Firma ELSETT w sposób kompleksowy wspiera realizację przedsięwzięć zwią-zanych z instalacjami OZE pomagając Klientowi w doborze odpowiednich roz-wiązań oraz skompletowaniu odpowiedniej dokumentacji.

Program dopłat do instalacji solarnych17 czerwca 2010 r. Zarząd NFOŚiGW podpisał z sześcioma bankami umowy,uruchamiające program dopłat do kredytów bankowych na zakup i montaż ko-lektorów słonecznych. Osobom fizycznym i wspólnotom mieszkaniowym niepo-dłączonym do sieci ciepłowniczej, poprzez banki, NFOŚiGW proponuje 45% do-płaty do zakupu i montażu kolektorów słonecznych do ogrzewania wodyużytkowej. Program został uruchomiony jesienią 2010 roku i zakończy się (pozmianach w lipcu 2012) w roku 2015.

Dla kogo dofinansowanie na kolektory słoneczne?Program dofinansowania do kolektorów przeznaczony jest dla osób fizycznychi dla wspólnot mieszkaniowych. Nie skorzystają jednak z niego budynki podłączonedo sieci ciepłowniczych. Beneficjentami dofinansowania mogą być ponadto rolnicypod warunkiem, że instalacja solarna wykorzystywana będzie w gospodarstwiedomowym, a nie bezpośrednio do działań rolniczych. W przypadku, gdy budynekmieszkalny jest w jakimś stopniu wykorzystywany do działalności rolniczej, kosztykwalifikowane są pomniejszone odpowiednio o wykorzystywany procent po-wierzchni (granicą jest 50% – w takim wypadku dotacja nie jest możliwa).

Jak duże może być dofinansowanie?Wysokość dotacji na kolektory to 45% kosztów zakupu i montażu kolektorówsłonecznych. Na kwotę składa się sporządzenie projektu budowlano-wykonaw-czego oraz zakup:

kolektora słonecznegonowego zasobnika wodnego,automatyki,aparatury pomiarowej i instalacji,ciepłomierza orazmontażu instalacji.

Jednostkowy koszt kwalifikowany nie może przekroczyć 2250 zł brutto w prze-liczeniu na 1 m2 całkowitej powierzchni montowanych kolektorów. Dotacja nainstalację solarną połączona jest z udzielanym kredytem bankowym i przezna-czona jest na jego częściową spłatę. Kredyt może być udzielony na wyższąkwotę, ale dofinansowaniem objęta będzie tylko i wyłącznie część dotyczącakosztów kwalifikowanych dotacji.

Co kwalifikuje się do dotacji?W skład dofinansowania instalacji solarnej zawierają się:

koszt projektu budowlano-wykonawczego wykonanego przez uprawnioną do tego firmę lub osobę,

koszt kolektorów słonecznych, zasobnika, przewodów instalacyjnych, automatyki, aparatury pomiarowej, ciepłomierza spełniającego normy PN EN 143 oraz koszt instalacji.

Kredyt z dotacją na kolektory można otrzymać w jednym z 6 banków, które pod-pisały z NFOŚiGW umowę o współpracy przy realizacji programu. Są to:

Bank Ochrony Środowiska S.A.,Bank Polskiej Spółdzielczości S.A.,Gospodarczy Bank Wielkopolski S.A.,Krakowski Bank Spółdzielczy,Warszawski Bank Spółdzielczy,Credit Agricole Bank Polska S.A.

Nabór wniosków o dotację NFOŚiGW wraz z wnioskami o kredyt dotyczący od-nawialnych źródeł energii prowadzony jest w trybie ciągłym (nie ma określonychterminów czasowych do składania wniosków). Komplet dokumentów należy złożyćw oddziale jednego z powyższych banków.Dofinansowanie na instalację solarną udzielane jest bezgotówkowo po przed-stawieniu przez kredytobiorcę dokumentów potwierdzających odbiór instalacji(protokół odbioru oraz faktury) oraz przeprowadzeniu kontroli przez kredyto-dawcę, jednak nie później niż na 2 miesiące po złożeniu wniosku przez kredyto-biorcę. Środki na dotacje przekazywane są bezpośrednio na konto wykonawcylub dostawcy dóbr i usług na podstawie wystawionych faktur.

Dlaczego mam zaciągać kredyt?Dodatkowe formalności bankowe i konieczność wypełnienia i złożenia wszystkichdokumentów nie należą do rzeczy przyjemnych. Każdy z nas chciałby poświęcićna wypisanie i oddanie wniosków jak najmniej czasu.Z racji promowania inwestycji z zakresu odnawialnych źródeł energii, procedurysą przyjazne zarówno kredytodawcy, jak i inwestorowi – w końcu bank równieżbędzie musiał się rozliczyć z udzielonej dotacji. Co więcej, koszt kredytu równieżzostał przystosowany do możliwości finansowych gospodarstw domowych – ratysą takiej wielkości, by znacząco nie naruszyły domowego budżetu, a ich wysokośćpowinna odpowiadać zaoszczędzonym kwotom wydawanym na konwencjonalneźródła energii potrzebne do ogrzewania wody użytkowej. Zarówno banki, jak i firmy zajmujące się instalacjami solarnymi posiadają dużedoświadczenie w sprawie dotacji dotyczących odnawialnych źródeł energii. Po-trafią one nie tyle przedstawić ideę dofinansowań oraz ich aspekty techniczne,ale także pomogą zgromadzić komplet wymaganych dokumentów i wybrać naj-korzystniejszy wariant. Rozpoczęcie prac nad instalacją powinno rozpocząć się od analizy efektywnościinwestycji z punktu widzenia wybranego, odnawialnego źródła energii dla danejlokalizacji (bardzo ważne w przypadku siłowni wiatrowych). Po przeprowadzeniubadań i pozytywnej ocenie efektywności danej inwestycji należy przygotować

komplet dokumentów wskazujących na wykonalność projektu pod względamitechnicznymi, środowiskowymi, formalno prawnymi oraz finansowymi. Należy zatem nie tylko przedstawić pozwolenia na budowę, ale także wskazaćźródło finansowania.

Dotacje w pigułcePod pojęciem odnawialnych źródeł energii kryje się wiele bardzo różnych rozwią-zań – od  pojedynczego kolektora słonecznego lub przydomowej siłowni wiatrowej,po wielomegawatowe farmy wiatrowe czy duże elektrownie wodne.Znalezienie właściwego źródła wsparcia finansowego dla inwestycji związanejz OZE nie należy do rzeczy łatwych i zależy od kilku czynników:

typu beneficjenta (osoba fizyczna / przedsiębiorca / samorząd / jednostki budżetu państwa),rodzaju inwestycji (np. siłownia wiatrowa lub instalacja solarna),wielkości inwestycji. 

Pochodzenie źródeł finansowania:źródła krajowe (NFOSiGW, BOŚ, BGK, ARR) lub zagraniczne (Program Operacyjny Infrastruktura i Środowisko, fundusze norweskie, program szwajcarski).

Formy finansowania:dotacje,kredyty,pożyczki,dopłaty do oprocentowania lub kapitału kredytu itp.

Szczeble administracyjne dotacji:szczebel centralny (NFOŚiGW, ARiMR),regionalny (WFOŚiGW, Regionalne Programy Operacyjne, Program Rozwoju Obszarów Wiejskich).

SłowniczekAbsorber – powłoka kolektora absorbująca (pochłaniająca) energię słoneczną.

Akumulator – rodzaj ogniwa galwanicznego (układ dwóch elektrod zanurzonychw elektrolicie) pozwalającego na wielokrotne użytkowanie i ładowanie prądem elektrycznym.

Analiza wietrzności – opracowanie warunków wietrzności w danej lokalizacji dotyczącychmasztu siłowni wiatrowej celem obliczenia modelu rozkładu prędkości wiatru na danym ob-szarze. Jednoroczne pomiary w relacji z pozostałymi czynnikami atmosferycznymi pozwalająna charakteryzację warunków wiatrowych w okresie długoterminowym oraz kalkulację wy-dajności energetycznej siłowni wiatrowej.

Dyrektywa 2009/28/WE – dyrektywa zakładająca promowanie stosowanie ener-gii ze źródeł odnawialnych, ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosferyoraz obniżenie ogólnego zużycia energii w krajach członkowskich Unii Europejskiej.

Efekt fotowoltaiczny – jest to zjawisko pojawienia się siły elektromotorycznejw ciele stałym pod wpływem promieniowania słonecznego, tzn. spowodowaniapojawienia się przepływu prądu w ciele stałym (dotyczy ogniw fotowoltaicznych).

Elektrolit – ciekła forma stopionej substancji jonowej lub roztwór zdysocjonowanych substancji jonowych, które są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego.

Elektron – cząstka elementarna, jeden z elementów atomu.

Energetyka słoneczna – dziedzina przemysłu zajmująca się przetwarzaniemenergii słonecznej (promieniowania Słońca) w energię użytkową, np. prąd elek-tryczny lub do ogrzewania zbiorników wodnych.

Energetyka wiatrowa – dziedzina przemysłu zajmująca się przetwarzaniemenergii wiatrowej w energię użytkową, np. prąd elektryczny.

Farma wiatrowa – zespół siłowni wiatrowych przyłączonych do sieci elektro-energetycznych wytwarzających energię elektryczną.

Foton – obiekt kwantowy promieniowania elektromagnetycznego pochodzącegoze Słońca, który jest nośnikiem energii wyłapywanej przez ogniwo fotowoltaiczne.Dzięki strumieniowi fotonów padających na ogniwo możliwe jest przejście nad-miaru elektronów z obszaru n do obszaru p złącza p-n, co równa się płynięciu prądu elektrycznego.

Fotowoltaika (skrót PV) – dziedzina nauki zajmująca się przetwarzaniem energiisłonecznej (promieniowania słonecznego) w energię użytkową dzięki wykorzys-taniu zjawiska fotowoltaicznego.

Glikol – stosowany z domieszkami uszlachetniającymi jako ciecz robocza (użyt-kowa), która ma za zadanie przekazanie ciepła wykorzystując pompę ciepła,charakteryzuje się optymalnymi wartościami temperatury krzepnięcia (w zależ-ności od stęenia glikolu), zabezpiecza układ przed korozją, posiada optymalnąlepkość i gęstość, posiada właściwości smarne, jest bez zapachu oraz bez-pieczny w użytkowaniu. Szczególnie zalecane są glikole ekologiczne do instalacjiodnawialnych źródeł energii (oparte na glikolu propylenowym, który nie jest to-ksyczny i ulega biodegradacji).

Gondola – element siłowni wiatrowej umieszczony na szczycie masztu; nagondoli zamocowany jest wirnik, a w jej wnętrzu znajduje się cała konstrukcjapozwalająca na zamianę energii obracającego się wirnika w energię elektryczną.

Grupa solarna – kompletna, wstępnie zmontowana, sprawdzona pod względemszczelności jednostka z grupą bezpieczeństwa i przyłączem do naczynia wzbior-czego, termometrem, manometrem z zaworem, pompą solarną, rotametrem,jednostką napełniająco-przepłukującą, umożliwia regulację lub odcięcie przepływumedium roboczego oraz instalację na ścianie w funkcjonalnej izolacji, wykonanajest np. z mosiądzu.

Instalacja solarna – zespół dopasowanych do siebie elementów oraz urządzeńpozwalających na przekształcenie energii słonecznej do wykorzystania przy pod-grzewaniu wody użytkowej.

Inwerter – jednostka w instalacjach fotowoltaicznych odpowiadająca za zamianęprądu stałego w prąd zmienny.

Jednostki mocy:1 kW (kilowat) – 1000 W, 1 MW (megawat) – 1000 kW, 1 GW (gigawat) – 1000 MW

Kolektor słoneczny - urządzenie odpowiadające za konwersję energii promie-niowania słonecznego na ciepło. Energia słoneczna docierająca do kolektora za-mieniana jest na energię cieplną nośnika ciepła (najczęściej glikolu) i transpor-towana do odbiornika ciepła (np. bojlera z wodą).

Krzem – pierwiastek wykorzystywany do produkcji ogniw fotowoltaicznych. Sto-suje się go ze względu na bardzo dużą ilość oraz powszechność (czysty krzemotrzymuje się z SiO2, czyli piasku). W fotowoltaice stosuje się jego trzy odmiany: monokrystaliczną, polikrystalicznąoraz amorficzną.

Krzem monokrystaliczny – najlepszy i najdroższy materiał stosowany do pro-dukcji ogniw fotowoltaicznych, zrobione z niego ogniwa osiągają w warunkachlaboratoryjnych sprawność rzędu 24%, a produkowane masowo do 17%, naj-bardziej popularną i najstarszą techniką wzrostu monokryształu jest znana me-toda Czochralskiego, charakteryzuje się jednorodnym rozmieszczeniem atomóww materiale, co jest idealne dla efektywnego przepływu elektronów.

Krzem polikrystaliczny – składa się z wielu małych kryształów lub ziaren, w za-leżności od ich wielkości ma strukturę mikrokrystaliczną, polikrystaliczną lubmultikrystaliczną, jest częściej stosowany w masowej produkcji ze względu nadużo niższy koszt wytwarzania tego materiału ale cechuje go mniejsza sprawność.

Krzem amorficzny/cienkowarstwowy – ze względu na niską sprawność (ok.10%) znajduje zastosowanie w budowie paneli fotowoltaicznych w małych urzą-dzeniach (zegarki, kalkulatory), produkcja paneli jest oszczędna i polega na osa-dzaniu cieńkich warstw krzemu (ok. 2 mikrony) na powierzchni innego materiału.

Mix energetyczny – struktura produkcji i konsumpcji energii w podziale na jejnośniki i sposób wytwarzania.

Naczynie wyrównawcze (wzbiorcze) – element instalacji, którego zadaniemjest przejęcie nadmiaru cieczy solarnej powstałej w instalacji w wyniku ogrze-wania.

Napięcie elektryczne – różnica potencjału elektrostatycznego pomiędzy dwomapunktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektrycznerówne jest liczbowo pracy potrzebnej do przemieszczenia jednostkowego ładunkuelektrycznego pomiędzy tymi punktami.

Odpowietrznik – służy do usuwania powietrza i innych gazów z obiegu kolektoraw solarnych instalacjach grzewczych, nie zaleca się stosowania automatów zewzględu na wysokie temperatury glikolu a co za tym idzie - skrócenie żywotnościodpowietrznika.

Ogniwo słoneczne – elementy wykonane z półprzewodników, które odpowiedzialnesą za zachodzenie efektu fotowoltaicznego, czyli konwersji (zamiany) promienio-wania słonecznego w energię elektryczną.

OZE – odnawialne źródła energii, których zasoby są niewyczerpane, np. energiapochodząca ze słońca, z wiatru.

Półprzewodnik – substancja, której przewodnictwo właściwe plasuje się po-między przewodnikami, a izolatorami. Ich właściwości przewodzące mogą być

zmieniane w szerokim zakresie poprzez domieszkowanie, ogrzewanie lub inneczynniki.

Przetwornica – zwana także konwerterem mocy jest urządzeniem elektrycznympozwalającym na zasilanie określonych odbiorników z układów zasilających, któ-rych parametry (np. napięcie) nie pozwalają na bezpośrednie połączenie z od-biornikiem. Przetwornica ma za zadanie tak zmienić wartości prądu oraz napięcia,by zasilanie odpowiadało wymogom odbiornika. Operacja ta wykonywana jestprzy tym z jak najmniejszymi stratami mocy (wysoka sprawność konwertera).

Przewodnik elektryczny – substancja dobrze przewodząca prąd elektryczny.

Refraktometr – przyrząd optyczny służący do badania współczynników załamaniaświatła w różnych środowiskach, np. w roztworach glikoli propylenowych i ety-lenowych pomaga określić ich krzepliwość i odporności na zamarzanie.

Solar Key Mark – to znak jakości dla produktów solarnych potwierdzający zgod-ność wyrobów z wymaganiami norm europejskich EN 12975 i EN 12976. Skła-dają się na niego testy osiągów i trwałości kolektorów oraz inspekcja linii pro-dukcyjnej, która aby zapewnić stałą jakość wyrobów powtarzana jest co roku.Kolektory do testów wybierane są losowo z produkcji bezpośrednio przez organtestujący. Certyfikat ten wystawiany jest m.in. przez organizację DIN CERTCOzrzeszoną w ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation).

Sprawność – wielkość wyrażana w ułamku lub procentach, określająca w jakimstopniu dana jednostka przekształca energię z jednej postaci w drugą.

Systemy fotowoltaiczne autonomiczne - samodzielne instalacje pozwalająceużytkownikowi na uniezależnienie się od zewnętrznych dostawców energii elek-trycznej, wykorzystywane w miejscach, gdzie nieopłacalne lub niemożliwe jestdoprowadzenie linii energetycznej oraz przyłączy, np. w trudno dostępnychmiejscach lub do zasilania sygnalizacji drogowej czy przekaźników telekomunika-cyjnych.

Systemy fotowoltaiczne zintegrowane z siecią – dzielimy na dwa rodzaje,pierwszy to elektrownie z bardzo dużą ilością paneli fotowoltaicznych przekazu-jących energię bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej, drugi polega na zin-tegrowaniu systemu z budynkiem, który jest w stanie odebrać całą energię wy-produkowaną przez instalację (energia z sieci elektroenergetycznej pobieranajest w przypadku nadwyżki zapotrzebowania w stosunku do energii pochodzącejz fotowoltaiki).

Szorstkość terenu – klasyfikacja terenów pod względem opłacalności inwestycjiw siłownię wiatrową na danym terenie biorąca pod uwagę ukształtowanie terenu

oraz zawirowania powietrza. Skala od 0 do 4, gdzie 0 oznacza powierzchnięwody, a 4 bardzo duże miasta z wysokimi budynkami i drapaczami chmur.

Strefy wietrzności – klasyfikacja obszarów pod względem uzysku energetycz-nego z wiatru, biorąc pod uwagę między innymi siłę wiatru oraz ilość wietrznychdni w roku. Skala od I do VI, gdzie I oznacza strefę bardzo korzystną, a VI szczy-towe partie gór, gdzie siłownie wiatrowe nie mogą być instalowane. Turbina wiatrowa – urządzenie, którego zadaniem jest przekształcanie energiikinetycznej wiatru na pracę mechaniczną w postaci ruchu obrotowego wirnika.

Wat – jednostka mocy w układzie SI oznaczana symbolem W.

Wężownica – podstawowy element kolektora płaskiego, zazwyczaj wykonanaz miedzi i wypełniona czynnikiem grzewczym, nad nią umieszczona jest, pokrytawysokoselektywną powłoką absorpcyjną płyta, która pochłania energię słonecznąi przekazuje ją do wężownicy.

Wolt – jednostka napięcia elektrycznego używana w układach jednostek oznaczana jako V.

Zasobnik biwalentny – zasobnik służący do akumulacji ciepła oraz ogrzewaniabieżącej wody użytkowej. Charakteryzuje się dwoma wężownicami, górną orazdolną.

Zielony certyfikat – świadectwo pochodzenia energii elektrycznej świadcząceo wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii w procesie produkcji.

Złącze p-n – układ złożony z dwóch półprzewodników o różnych typach prze-wodnictwa (p oraz n) wykorzystywany w fotowoltaice, ale także w tranzystorachczy diodach prostowniczych.