Kolektory słoneczne (CD)

Wydajność ogniw fotowoltaicznych zależy w dużej mierze od warunków pogodowych, ale też od ukształtowania terenu, higieny urządzenia oraz umieszczenia kolektorów. Raz do roku, urządzenie musi zostać umyte, ponieważ kurz osadzający się na kolektorze, rozprasza promienie słoneczne. Szacuje się, że w zależności od pogody uzyskujemy z 1 m² następujące wartości mocy:

Bezchmurne niebo	Lekkie zachmurzenie	Zamglenie	Pochmurny, zimowy dzień
1000 W	600 W	300 W	100 W

Są to oczywiście wartości orientacyjne, ponieważ jak napisałem wcześniej, wpływa na to cały szereg czynników. Instalacje solarne wypełnione są zazwyczaj płynem niezamarzającym, lub wodą. Trzeba pamiętać, że woda może być używana od późnej wiosny do jesieni. Następnie, z wiadomych względów, należy stosować płyn niezamarzający.

Systemy solarne, takie jak kolektory słoneczne świetnie sprawdzają się w ogrzewaniu podłogowym, które same w sobie jest  instalacją niskotemperaturową. Czynnik grzewczy ma zazwyczaj około 40°C. Trzeba jednak zauważyć, że w takim wypadku należy znacząco zwiększyć powierzchnię kolektorów oraz dostosować całą instalację, której poziom skomplikowania znacząco rośnie. Cena dostosowania instalacji jest niestety bardzo wysoka. Z ekonomicznego punktu widzenia, zwrot inwestycji następuje bardzo późno. Oczywiście, można się starać o dotacje. Kolektory mogą zostać częściowo sfinansowanie przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

Kolektory słoneczne

Krótko mówiąc, ogniwa fotowoltaiczne, to urządzenia służące do przemiany energii, zawartej w promieniowaniu słonecznym na energię cieplną, która zostanie wykorzystana przez nas w naszym domu. Nośnikiem energii w przypadku kolektorów słonecznych jest glikol (jak w przypadku pompy ciepła gruntowe) lub powietrze.

Samo urządzenie cechuje się dużą prostotą, tak jak i zasada działania.

1. Słońce ogrzewa nośnik energii, znajdujący się w kolektorze (tzw. Absorber), który pochłania promieniowanie słoneczne, aby później dokonać jego konwersji na energię cieplną.
2. Absorber doprowadza do ogrzania się czynnika grzewczego, który znajduje się w kolektorze.
3. Tak ogrzany czynnik grzewczy przepływa do zasobnika.
4. W zasobniku, czynnik przekazuje energię cieplną wodzie użytkowej, znajdującej się w zasobniku. Następuje ochłodzenie czynnika i jego powrót do kolektora, celem ponownego nagrzania.

Kolektory słoneczne zazwyczaj montowane są na dachach domów mieszkalnych. Przede wszystkim gwarantuje to ciągłe padanie promienie słonecznych na powierzchnię kolektora. Niektórzy montują kolektory w ścianie, inni po prostu na działce. Niestety, pierwsze rozwiązanie wymaga użycia specjalnych kolektorów, natomiast aby umieścić kolektory na działce, trzeba posiadać określona powierzchnię o odpowiednim ukształtowaniu terenu. Jeżeli w sąsiedztwie występują drzewa, trudno będzie uzyskać optymalną wydajność urządzeń. Systemy solarne osiągają optymalną wydajność przede wszystkim, gdy docierają do nich promienie słoneczne o jak największym natężeniu.

Zapraszam na zaprzyjaźniony blog.

Ogniwa fotowoltaiczne – różne generacje

I generacja

Są to znane wszystkim ze zdjęć, filmów dokumentalnych i artykułów ogniwa. Co ciekawe, jak na razie są one najwydajniejsze i osiągają od 15% do nawet 22% sprawności. Jednak, mają jedną, bardzo poważną wadę. Koszty produkcji są bardzo drogie. Technologia opiera się na złączach p-n produkowanych z bardzo czystego krzemu krystalicznego. Czystość musi wynosić 99,99999%. Solary te, zbudowane są z surowca formowanego w wafle o grubości mniejszej, lub przekraczającej 250 mikrometrów. Cena wynika z bardzo czasochłonnego procesu pozyskiwania czystego krzemu, oraz jego kosztami. Koszty są zawyżane również, przez bardzo mała automatyzacje produkcji. Większość elementów jest wykonywanych i montowanych przez wykwalifikowanych pracowników.

II generacja

Druga generacja paneli fotowoltaicznych jest odpowiedzią na bardzo poważny problem pierwszej generacji. Czyli zbyt wysokie koszty produkcji. Wynika to z tego, że wafle krzemowe muszą być grube (oczywiście w kontekście tych konkretnych urządzeń). Ich grubość wynosi nawet 0,25 mm. Problemem jest cena krzemu, a w zasadzie pozyskiwanie bardzo czystego krzemu – rzędu 99,99999 %. To właśnie cena jest główną bariera w procesie instalacji paneli przez zwykłych zjadaczy chleba. Jeśli dodamy do tego fakt, że produkcja ogniw odbywa się ręcznie przez wysoce wykwalifikowanych specjalistów, nie trudno zrozumieć, skąd bierze się tak wysoka cena za każdy panel. Dlatego, systemy solarne drugiej generacji, pomimo tego, że nadal oparte o złącze P-N, zbudowane są nie z krzemu, tylko z tellurku kadmu. Dzięki temu, można osiągnąć bardzo małą grubość absorbera światła, wynosząca nawet 1 mikrometr. Dzięki prostszemu procesowi produkcji, udało się znacząco obniżyć koszty produkcji. Ich wadą jest jednak niższa sprawność niż, ogniwa pierwszej generacji. Wynosi w przybliżeniu, od 8, do 16%.

III generacja

Są ciekawym rozwiązaniem, ponieważ, ich działanie opiera się na procesie sztucznej fotosyntezy. Dzięki temu osiągają sprawność rzędu 14-15%. Te ogniwa fotowoltaiczne nie posiadają złącza P-N. Prowadzone są również badania na polimerach. Generalnie, trzeba uznać, że są to ogniwa barwnikowe. Ostatnio pojawiły się również głosy, że do tego celu można wykorzystać grafen, którego masowa produkcja została opatentowana przez Polskich naukowców. Naukowcy z MIT twierdzą, że grafen zastosowany w ogniwach może zwiększyć ich wydajność dwukrotnie. Jeśli przyjmujemy, że sprawność tradycyjnych ogniw wynosi mniej niż 30%, można uznać, że zastosowane grafenu zwiększy sprawność do 50%. 

Więcej informacji: http://trigeo.pl/fotowoltaika-warszawa/

Największa instalacja solarna w Polsce.

Od 2007 roku w Polsce, na terenie Częstochowy, funkcjonuje, największa w naszym kraju elektrownia oparta na systemach solarnych. Jest to trzecia co do wydajności, instalacja tego typu w Europie. System opiera się o kolektory słoneczne Vitosol 100. Łączna powierzchnia systemy ma około 1500 m² i generuje około 1000 kW energii. Instalacja znajduje się w Specjalistycznym Szpitalu Wojewódzkim. Szpital imienia Najświętszej Maryi Panny to dosyć duża jednostka, mogąca pomieścić około siedmiuset pacjentów w dwudziestu oddziałach. Solary mają przygotować ciepłą wodę użytkową na potrzeby szpitala i jego obiektów. Instalacja składa się z 598 kolektorów. Do pokrycia absorberów zastosowano soltytan. Zadbano też o dobrą izolację cieplną.

Inwestycja została zrealizowana przez konsorcjum, składające się z następujących firm:

• PPUH „Rapid” z Białej Podlaskiej
• ZBI „Wachelka i Łyczba” z Częstochowy

Oczywiście, szpital nie byłby w stanie zgromadzić środków na tak dużą inwestycję. Wyniosła ona 4,32 mln zł. Dlatego, z zewnętrznych źródeł pozyskano dotacje. Kolektory stawały się wówczas bardzo popularne. Dlatego stało się to możliwe. Dofinansowanie udało się uzyskać z następujących instytucji:

• Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Katowicach (16,8%)
• Ekofundusz (41,9%)

41,2% środków zostało zagwarantowanych przez szpital. Zaciągnięto również pożyczkę o wysokości 1,7 mln zł. Jest ona sukcesywnie spłacana z zysków, jakie generuje instalacja. W 2011 roku, szpital spłacił  około 70% zaciągniętej pożyczki. 

Szpital zużywa rocznie około 20 tysięcy m³ ciepłej wody. Jest ona ogrzewana kilkoma metodami. Opisywane systemy solarne pokrywają około 52% zapotrzebowania na energię. Natomiast pozostałe potrzeby pokrywane są przez tak zwane „ekonomizery spalin”. Kolejne 15-16% zapotrzebowania na energię pokrywane jest przez środki konwencjonalne, takie jak kotły olejowe.

Największa na świecie instalacja pomp ciepła.

Poprzedni wpis traktował o największej na świecie elektrowni solarnej, w której skład wchodziły kolektory słoneczne. tym razem tekst o największym na świecie kompleksie pomp ciepła Värtan Ropsten, który znajduje się w Sztokholmie  i produkuje około 180 MW. Sztokholm jest jednocześnie stolicą oraz największym miastem Szwecji. Znajduje się na 14 wyspach i jest uważany za jedno z najpiękniejszych miast na starym kontynencie. Otoczony jest czystym morzem i powietrzem. Stworzenie miasta, które jednocześnie jest przyjazne dla środowiska i go nie zanieczyszcza jest bardzo trudne. Jednak Szwedom udało się to osiągnąć dzięki restrykcyjnym przepisom.

Pompa ciepła pracuje na zasadzie recyrkulacji energii słonecznej zaczerpniętej ze środowiska. Najważniejszą częścią systemu ogrzewania jest miejska sieć energetyczna, na którą zdecydowało się około 60% mieszkańców Sztokholmu. Sześć pomp ciepła zostało uruchomionych już w połowie lat osiemdziesiątych. Były to pompy Unitop 50FY. Na początku posługiwano się czynnikiem R22. Jednak w 2003 roku nastąpiła modernizacja systemu a czynnik został wymieniony na R134a. Źródłem ciepła jest niezmiennie woda morska, która jest dostarczana do parownika w ilości 2,5 m³/s. Tam woda oddaje ciepło obniżając swoją temperaturę o około 2 ⁰C. Pozwala to na uzyskanie ponad 20 MW mocy z każdej turbiny.

Aby utrzymać temperaturę na odpowiednim poziomie, używa się ogromnych zapasów wody morskiej zmagazynowanej i używanej jako źródło ciepła. W lato używa się wierzchniej warstwy wody. W zimę czerpie się wodę z warstwy zawartej na głębokości około 5 metrów, gdzie temperatura jest stała i wynosi +3°C. Olbrzymie pompy magazynują wodę i nanoszą na specjalny odbiornik ciepła (falling-film). Cienka warstwa wody jest nanoszona wymienniki ciepła w taki sposób, aby kontakt trwał bardzo krótko. Dzieje się tak, ponieważ wymienniki ciepła są dostosowane do pracy przy bardzo niskich różnicach temperatur. Solary są nieco bardziej efektywne, jednak musimy pamiętać, że rodzaj zastosowanej instalacji zależy od tego, jakimi źródłami energii dysponujemy. Trudno byłoby zaimplementować systemy solarne w Skandynawii.

Największa na świecie elektrownia solarna.

W lutym, bieżącego roku, w Kaliforni została uruchomiana największa na świecie elektrownia słoneczna – Ivanpah Solar Electronic Generatin System. Znajduje się na pustyni Mojave, 64 kilometry na południe od Las Vegas. Planowana produkcja energii ma sięgać prawie 400MW (dokładnie 392). Aby to osiągnąć, połączono w jeden system 173,5 tysiąca ogniw fotowoltaicznych. Kolektory słoneczne posiadają po dwa lustra. Energia jest transferowana do olbrzymiego bojlera, znajdującego się w centralnej części instalacji, w tzw. wierzy energetycznej. Pierwsza jednostka operacyjna została podłączona już pod koniec ubiegłego roku i zczeła produkować energię, jednak nie komercyjnie. Dopiero z końcem 2014 roku, pełną gotowość operacyjną uzyskają wszystkie trzy jednostki i rozpoczęła się praca komercyjna.

Projekt został stworzony przez firmy Bright Source Energy, Google oraz Bechtel. Kosztował 2,2 miliardy dolarów i jest jak dotąd największą inwestycją w tej gałęzi produkcji energii. Projekt został oczywiście dofinansowany z Ministerstwa Energetyki USA w wysokości 1,6 miliarda dolarów. Inwestycja zajmuje około 1600 ha.

Instalacja wytwarza energię w oparciu o parę wodną. Dzięki kolektorom słonecznym, energia słoneczna przekazywana jest na ciecz, który pod jej wpływem zamienia się w parę. Następnie, para dostaje się do olbrzymiej turbiny Siemensa (SST-900), produkującej 123 MW (165,000 KM), mające wysokość 140 metrów. Energia produkowana przez elektrownię stanowi około 30% puli, produkowanej przez systemy solarne w USA.

Produkowana energia w 2/3 jest sprzedawana koncernowi Pacific Gas and Electric Company, która od dziesięcioleci zaopatruje ludność Kalifornii w energię elektryczną. Pozostała energia jest dostarczana do innej kompani: Southern California Edison, która, zaopatruje, jak wskazuje nazwa południową Kalifornię w energię elektryczną. Łącznie, przy pomocy elektrowni Ivanpah, w energię elektryczną zostanie zaopatrzonych około 140 tysięcy gospodarstw domowych. Co jest na prawdę przyzwoitym wynikiem, jak na tego typu instalację.

Warto dodać, że podczas budowy zostało stworzonych około 1000 miejsc pracy, natomiast po uruchomieniu elektrowni powstało 86 pełnych etatów dla pracowników. Solary, z których powstała elektrownia są klasycznej wielkości, jednak połączone w jedna całość stają się potężnym instrumentem, który, ma niestety negatywny wpływ na środowisko. Największy problem jest z żółwiami, kojotami i ptakami. Na farmie znaleziono kilkadziesiąt ptaków, które zostały po prostu spalone w locie. Skutkiem tego jest oczywiście ogromne promieniowanie cieplne, utrzymujące się wokół elektrowni. Farma zarabia, ponieważ koszt energii  wyprodukowanej przez elektrownie słoneczną wynosi nadal około 260 USD, natomiast dla elektrowni węglowej około 100 USD.

Zapraszam również tutaj: http://energia-odnawialna-blog.waw.pl/category/kolektory-sloneczne/

Dofinansowanie kolektory

Paradoksalnie Polski rynek kolektorów słonecznych jest jednym z największych w Europie. Pojawia się u nas coraz więcej tego typu instalacji, głównie dzięki dofinansowaniu między innymi z Narodowego Fundusu Ochrony Środowiska oraz Ministerstwa Środowiska. Jednym z najlepszych sposobów na zwiększenie podaży jest właśnie dofinansowanie. Kolektory są systemem, którego opłacalność można drastycznie zwiększyć właśnie w ten sposób. Samo uzyskanie dotacji nie jest niestety rzeczą prostą. Zazwyczaj firmy zajmujące się instalacją systemów solarnych zajmują się pozyskiwaniem dotacji na rzecz swojego klienta. Można uznać, że skuteczność firm jest dosyć duża. Stanowcza trzeba stwierdzić, że jest większa niż w przypadku indywidualnego ubiegania się o dotacje. Solary są generalnie opłacaną inwestycją. Ale w przypadku uzyskania zwrotu, stają się bardzo jeszcze bardziej opłacalne. Zwrot inwestycji następuje o wiele szybciej.