Myśląc o wykorzystaniu energii słonecznej należy rozróżnić jej dwa podstawowe zastosowania: pierwsze to produkcja ciepła za pomocą kolektorów słonecznych, drugie to produkcja energii elektrycznej za pomocą ogniw fotowoltaicznych.
Kolektory słoneczne zamieniają promieniowanie słoneczne w ciepło, które może być wykorzystywane np. do przygotowania ciepłej wody (c.w.u.).
W uproszczeniu przyjmuje się, że średnio w Polsce do 1 m2 powierzchni dociera w ciągu roku 1000 kWh energii słonecznej, co odpowiada energii zawartej w 100 litrach oleju opałowego. Nie jest to ilość mała, ale zaledwie 27%, czyli 270 kWh jest do dyspozycji w sezonie grzewczym. Instalacje solarne w Polsce sprawdzają się głównie do celów przygotowania ciepłej wody użytkowej.
Układ solarny jest alternatywnym źródłem ciepła dla podstawowego systemu podgrzewania ciepłej wody (kocioł węglowy lub gazowy, podgrzewacz elektryczny, grzałka elektryczna w zasobniku solarnym, itp.) zapewniającego podgrzanie wody w okresach, gdy energia słoneczna nie jest dostępna lub nie wystarcza na pełne pokrycie zapotrzebowania.
Kolektory słoneczne są jednym z „najczystszych” odnawialnych źródeł energii.
Jeśli o instalacji kolektorów słonecznych myślimy głównie w celu uzyskania oszczędności i szybkiego zwrotu z inwestycji, to warto ją rozważyć w przypadku, gdy:
W takiej sytuacji inwestycja może się nam zwrócić w ciągu kilku – kilkunastu lat.
W przypadku, gdy używamy stosunkowo tanich paliw takich jak węgiel czy pelety, a średnie dzienne zużycie ciepłej wody jest niewielkie, np. poniżej 200 litrów dla 4-osobowej rodziny, wówczas taką inwestycję można rozważać, biorąc jednak inne czynniki pod uwagę, takie jak ekologia lub zwiększenie wygody poprzez ograniczenie wysiłku związanego z zasilaniem kotła, np. węglem czy innymi stałymi paliwami w okresie letnim.
Na rynku występują dwa zasadnicze typy kolektorów słonecznych: płaskie oraz próżniowo-rurowe. Różnią się one nie tylko budową, ale też zasadą działania. W obu przypadkach promieniowanie słoneczne jest odbierane na absorberze (selektywna warstwa o wysokim współczynniku absorpcji). Absorber to jeden z najistotniejszych elementów paneli, od jego jakości zależy, jak wydajnie będzie pracować kolektor.
Podstawowe wady i zalety każdego z typów kolektorów zestawiono w poniższej tabeli.
Na rynku pojawiły się również kompaktowe ciśnieniowe kolektory solarne ze zintegrowanym zbiornikiem ciepłej wody. Kolektor tego typu może być bezpośrednio podłączony do zasilania wodą wodociągową i jest już wyposażony w odpowiednią armaturę zabezpieczającą.
Kolektory słoneczne należy montować w miejscach niezacienionych oraz nienarażonych na zanieczyszczenia (pyły, liście, itp.), szczególnie jeśli są to kolektory płaskie. Potencjalne możliwości wykorzystania promieniowania słonecznego, w zależności od orientacji względem stron świata oraz pochylenia, prezentuje rysunek obok.
Kąt montażu kolektorów słonecznych (mierzony między poziomem a płaszczyzną kolektora) ma spory wpływ na wydajność pracy instalacji. Optymalny kąt nachylenia to około 37–40o przy orientacji w kierunku południowym lub południowo-zachodnim. Mniejszy kąt pozwala osiągnąć większą wydajność latem (słońce jest wyżej, a kolektor „leży” bardziej płasko), większy zaś zimą i w okresach przejściowych. Obrót w kierunku zachodnim także pozwoli zwiększyć wydajność w okresie letnim, ale pogorszy efekt w pozostałych sezonach.
Jaki rodzaj instalacji z kolektorami zastosować dla czteroosobowej rodziny, zużywającej dziennie 240 litrów ciepłej wody o temperaturze 45oC? Poniżej przedstawiono porównanie instalacji z kolektorami próżniowo-rurowymi i płaskimi.
Sprawność przemiany promieniowania słonecznego na energię elektryczną może wynosić od 10% do 25%. Instalacje domowe można budować jako wyspowe (off grid), które wytwarzają energię elektryczną tylko na własne potrzeby, albo jako przyłączone do sieci (on grid) z dwukierunkowym pomiarem ilości energii (pomiar ilości energii oddawanej do sieci z instalacji fotowoltaicznej oraz pomiar ilości energii pobieranej z sieci na potrzeby gospodarstwa domowego).
Instalacja fotowoltaiczna zawiera następujące elementy składowe: panele fotowoltaiczne; inwerter/y (falownik/i); konstrukcja wsporcza; system połączeń kablowych; dwukierunkowy licznik energii elektrycznej – w systemach przyłączonych do sieci elektroenergetycznej (on grid); akumulatory (opcjonalnie w systemach wyspowych – off grid).
Aby za darmo mieć prąd z promieniowania słonecznego we własnym domu, można zastosować ogniwa fotowoltaiczne. Najczęściej umieszcza się je na dachu (patrz rysunek obok).
Systemy fotowoltaiczne mają kilka cech, które dla niektórych użytkowników są równie ważne jak zdolność tych systemów do generowania energii elektrycznej.
Po pierwsze: niezawodność – moduły fotowoltaiczne należą do najbardziej niezawodnych źródeł energii elektrycznej, jakie kiedykolwiek wyprodukowano. Nie zawierają ruchomych części i będą przez dziesięciolecia funkcjonować bez ingerencji człowieka.
Po drugie: prostota – systemy PV zawierają niewiele elementów składowych i podlegają bardzo prostym procedurom w zakresie eksploatacji i utrzymania. Dzięki temu mogą być wykorzystywane przez ludzi, którzy prawdopodobnie nie mają umiejętności i wiedzy niezbędnych do eksploatowania generatora napędzanego paliwem kopalnym.
Po trzecie: modularność – moc elektryczna dostarczana przez ogniwa fotowoltaiczne, przy pewnych warunkach nasłonecznienia, w znacznym stopniu jest podyktowana przez wielkość i liczbę modułów fotowoltaicznych, zainstalowanych w systemie. Po dołożeniu dodatkowych modułów, osiąga się większą moc systemu. Pozwala to na łatwe skalowanie systemu i dopasowanie go w ślad za zmianami w zakresie zapotrzebowania mocy lub dostępności środków inwestycyjnych. Na przykład, jeśli w gospodarstwie planuje się zakup sprzętu za dwa lata, to użytkownicy będą mogli zwiększyć moc systemu wtedy, gdy zapotrzebowanie wzrośnie i nie będą musieli szukać środków finansowych teraz, żeby z góry zapłacić za jeszcze niepotrzebnie przewymiarowany system.
Po czwarte: bezgłośna praca – systemy PV wytwarzają energię elektryczną w absolutnej ciszy.
Instalację ogniw fotowoltaicznych warto rozważyć wówczas, gdy chcemy przede wszystkim płacić niższe rachunki za energię elektryczną. Warunkiem podstawowym jest jednak posiadanie dość sporej i niezacienionej powierzchni dachowej, najlepiej skierowanej w kierunku południowym.
Okres zwrotu z takiej inwestycji, w zależności od wielkości instalacji, wynosi od kilku do kilkunastu lat, dlatego też należy traktować ją jako długoterminową.
Dodatkowym, choć niewymiernym, czynnikiem jest chęć bycia proekologicznym, gdyż instalując ogniwa fotowoltaiczne przyczyniamy się do mniejszego zużycia energii wytwarzanej w Polsce głównie poprzez spalanie węgla.
Najważniejsze to określić, czy chcemy zainstalować system wyspowy (autonomiczny) bez łączenia go z siecią elektroenergetyczną, czy też system współpracujący z siecią. Pierwszy z nich jest droższy, ponieważ musi być wyposażony w układ magazynowania energii elektrycznej, czyli akumulatory. Drugi jest tańszy, ale wymaga uzgodnienia z dostawcą energii elektrycznej i zainstalowania dwukierunkowego licznika energii elektrycznej. Występuje również system hybrydowy tzn. system wyposażony w magazyny energii i równocześnie podłączony do sieci elektroenergetycznej.
Przy wyborze właściwego rozwiązania należy również rozważyć nie tylko koszty inwestycji i eksploatacji, jak również potencjalne oszczędności związane ze zużyciem energii na potrzeby własne i sprzedażą do sieci elektroenergetycznej, szczególnie z uwagi na trudne do przewidzenia ceny kupna i sprzedaży energii elektrycznej do i z sieci elektroenergetycznej.
Warto zwrócić uwagę, że od 1 kwietnia 2022 zmieniły się zasady rozliczania energii elektrycznej wyprodukowanej w instalacji fotowoltaicznej. Według nich rozliczanie będzie się odbywało na zasadach rynkowych. Oznacza to, że energię elektryczną wyprodukowaną we własnej instalacji fotowoltaicznej, będzie można sprzedać do sieci:
– w okresie od 1 lipca 2022 r. do 30 czerwca 2024 r. po średnich z cenach z poprzedniego miesiąca z RDN (Rynku Dnia Następnego na Towarowej Giełdzie Energii);
– od 1 lipca 2024 r. po cenach godzinowych z RDN
Obecnie na rynku istnieje bogata oferta paneli różnej wielkości i mocy. Dostępne są także panele zintegrowane z pokryciem dachowym lub fasadą budynku, a nawet półprzeźroczyste moduły, które można montować w oknach.
Systemy PV instalowane na dachach domów mogą mieć moc rzędu kilku kilowatów. Teoretycznie jest więc możliwe zasilanie z nich wszystkich elektrycznych urządzeń domowych. Jednak dla naszej szerokości geograficznej ilość i zmiany promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi powodują, że systemy te w zasadzie nie zapewnią całkowitego pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną.
W układach z magazynowaniem wytworzonej energii rozwiązaniem tego problemu może być wielokrotne zwiększenie mocy i pojemności baterii, jednak wiąże się to ze zwiększeniem powierzchni ogniw fotowoltaicznych, a co za tym idzie znacznym zwiększeniem kosztów takiej instalacji.
Kupując moduły fotowoltaiczne warto zwrócić uwagę na niektóre parametry:
Wspierane przez:
We współpracy z:
