Od krzesiwa do ogniwa – czyli o poszukiwaniu energii na własnym podwórku


Ziemia naładowana jest prądem i aby go pobrać zupełnie za darmo wystarczy wetknąć w ziemię metalowy pręt.

Nikola Tesla

Na całym świecie ludzie zużywają mniej więcej 1/3 całej energii w budynkach (w Polsce ponad 50%) – do ogrzewania, chłodzenia, gotowania, oświetlania i napędzania urządzeń. Zapotrzebowanie na energię związaną z budynkami bardzo szybko rośnie, zwłaszcza w domach mieszkalnych. W miarę jak domy stają się coraz większe, głównie ze względu na niskie koszty energii, każdy dom ma więcej przestrzeni do ogrzania, ochłodzenia i oświetlenia, a także więcej miejsca na większe urządzenia i większą ich liczbę. A w miarę zmniejszania się liczby osób na gospodarstwo domowe wskutek działania różnych trendów społecznych, liczba domów niezbędnych dla konkretnej populacji rośnie. Każdy dodatkowy dom potrzebuje materiałów budowlanych, oświetlenia, ogrzewania i chłodzenia, urządzeń, zwykle też samochodów i dróg – wszystko to wymaga energii do wytworzenia i eksploatowania. Zdaniem analityka zajmującego się energią, Donalda Aitkena „budynki wciąż są najbardziej niedocenianym aspektem gospodarki energetycznej i najmniej wykorzystywaną szansą wprowadzenia oszczędności”.

Potencjalne oszczędności w istniejących już budynkach są olbrzymie, a konsumenci już zaczęli oszczędzać nawet 75% energii dzięki udoskonaleniom w izolacji budynków, gotowaniu, ogrzewaniu, oświetleniu i urządzeniach elektrycznych. Nawet w chłodnych klimatach ludzie mogą obniżyć związane z ogrzewaniem potrzeby nowych budynków o 90%, łącząc elementy projektowe i materiałowe, przy czym można także obniżyć zapotrzebowanie na energię do oświetlania i na inne cele. Większość ludzi nie buduje swoich domów ani biur, a zatem zapewnienie energooszczędności projektów i materiałów budynków to sprawa przede wszystkim przepisów rządowych.

Potrzeby energetyczne budynków można ogromnie zmniejszyć bez podwyższania kosztów budowy, stosując całościowe podejście do tzw. „zewnętrznej powłoki” budynku (ścian, dachów, fundamentów itp.) oraz instalacji. Na całym świecie ludzie budują „zielone” budynki, w których instaluje się dodatkowe oszczędzające energię rozwiązania, takie jak oświetlanie światłem dziennym, naturalne chłodzenie, energooszczędne okna, doskonała izolacja oraz ogniwa fotowoltaiczne.

 

Od 2015 nowe domy tylko z kolektorami słonecznymi

W projekcie nowej ustawy o energii odnawialnej (OZE) w Polsce znalazło się wiele rozwiązań zachęcających do instalowania odnawialnych źródeł energii w gospodarstwach domowych.

Do najważniejszych zachęt dla stosowania „małej” energetyki odnawialnej należą m.in.

  • preferencyjne stawki za sprzedaż wyprodukowanej energii,
  • odliczenia podatkowe w wysokości do 10 tys. zł brutto rocznie,
  • zniesienie obowiązku koncesjonowania dla gospodarstw domowych chcących produkować zieloną energię,
  • zwolnienie z ponoszonych w związku z tym opłat.

Zapisy, które znalazły się w projekcie ustawy o OZE zawierają propozycje zmiany w Ustawie o Prawie Budowlanym, tak, aby wszystkie nowopowstające budynki oraz budynki przechodzące remont generalny spełniały określone wymogi w zakresie energooszczędności.

Kluczowym terminem dla „domowej” energetyki odnawialnej, który znalazł się w projekcie nowej ustawy o OZE, jest „mikroinstlalacja”. Przez termin ten rozumiana jest mała instalacja m.in. kolektorów słonecznych, pomp ciepła, kotłów na biomasę, małych elektrowni wiatrowych czy paneli fotowoltaicznych, której moc nie przekracza 40 kW energii elektrycznej lub 70 kW energii cieplnej, a w przypadku biogazowni – odpowiednio 100 i 130 kW. Mikroinstalacje instalowane przez osoby prywatne mają prawo do tzw. taryfy gwarantowanej (ang. feed in tariff– stałej ceny, według której operator sieci energetycznej musi odkupić wyprodukowany w mikroinstalacji prąd).

 

Sposoby na energię domowej roboty

Kolektor słoneczny:

Na jeden metr kwadratowy powierzchni ziemi pada strumień energii o mocy średnio 1360 W. Największą gęstość energii uzyskuje się na równiku. Jednak w strefie umiarkowanej mamy również pod dostatkiem energii – dzieje się tak dzięki dłuższym dniom.

Kolektory można stosować w celu dogrzewania pomieszczeń ciepłem promieniowania słonecznego. Szacuje się, że przy pomocy instalacji słonecznej można pokryć do 30 proc. rocznego zapotrzebowania na ciepło  w domu. Innym popularniejszym zastosowaniem słonecznej techniki grzewczej jest podgrzewanie wody w basenie i podgrzewaczach ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) w budynkach jedno- i wielorodzinnych, hotelach, na campingach czy budynkach użyteczności publicznej, gdzie potrzebna jest duża ilość gorącej wody. Ostatnio coraz popularniejsze stają się słoneczne systemy chłodzenia pomieszczeń, gdzie do instalacji wykorzystuje się system chłodziarek absorpcyjnych.

W polskich warunkach możliwość wykorzystania energii słonecznej jest znacznie zróżnicowana:

  • Średnia gęstość energii słonecznej wynosi 950 do 1250 kWh/m2,
  • Dostępne technologie są jeszcze zbyt drogie,
  • W budownictwie mieszkaniowym zwrot poniesionych nakładów przekracza trwałość urządzenia,
  • W obiektach o dużym zużyciu wody np. pensjonatach, hotelach, basenach opłacalność wzrasta kilkukrotnie.

Najpopularniejsze w naszym kraju są dwa zasadnicze typy kolektorów słonecznych: płaskie i próżniowo-rurowe. Do obliczenia zapotrzebowania na ilość kolektorów w swoim domu można użyć polskiego programu Kolektorek2.0 (dostępny na http://www.kolektorek.pl).

Najczęściej przyjmuje się następujące założenia:

  • przeciętne dzienne zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową wynosi 50 litrów na osobę (temp. 45 st. C);
  • szacunkowa wielkość powierzchni kolektorów przyjmowana jest od 1,0 do 1,5 m2 na osobę;
  • pojemność zasobnika powinna wynosić 70 do 100 litrów na osobę.

 

Zalety

  • Koszt ponosisz tylko raz (brak rachunków za gaz,  prąd, czy olej opałowy),
  • Kolektor z montażem (ok.7,5 tys. zł)
  • Koszt instalacji to ok.2,5 tys. Zł/ m2 powierzchni instalacji słonecznej (kolektory płaskie ok. 900 zł/m2 powierzchni czynnej).

Wady

  • Konieczność umiejscowienia kolektora na południowej stronie dachu,
  • W przypadku bardzo pochmurnego lata mała sprawność kolektora.

 

Fotowoltaika:

Ogniwa fotowoltaiczne są to elementy, które przetwarzają energię słoneczną w elektryczną.

Wyróżnić możemy trzy podstawowe typy instalacji:

  • – przyłączane do sieci elektroenergetycznej (ang. ON-GRID);
  • – nie przyłączane do sieci elektroenergetycznej (ang. OFF-GRID);
  • – systemy mieszane.

Okres zwrotu nakładów na budowę instalacji fotowoltaicznej  to około 9-10 lat.

 

Zalety

  • powszechna dostępność światła słonecznego,
  • brak negatywnego wpływu instalacji na środowisko,
  • niewielkie koszty eksploatacji,
  • działa latem i zimą,
  • długa żywotność – ponad 30 lat.

Wady

  • wysoki koszt instalacji, jeżeli nie korzystamy z dotacji,
  • w nocy produkcja prądu ustaje.

 

Biomasa

Najprościej ujmując, biomasą nazywamy każdą masę, z której zbudowane są organizmy żywe.
Energia słońca, dzięki zjawisku fotosyntezy, produkowana jest, a następnie magazynowana w biomasie. Można ją uwolnić, najczęściej w procesie spalania i wykorzystać. Człowiek wykorzystuje biomasę na różne sposoby, m. in. do produkcji:

  • energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
  • energii cieplnej w przystosowanych kotłach,
  • energii elektrycznej i cieplnej w układach skojarzonych.

Paliwo to jest nieszkodliwe dla środowiska: ilość dwutlenku węgla emitowana do atmosfery podczas jego spalania równoważona jest ilością CO2 pochłanianego przez rośliny, które odtwarzają biomasę w procesie fotosyntezy. Ogrzewanie biomasą staje się opłacalne – ceny biomasy są konkurencyjne na rynku paliw. Wykorzystanie biomasy pozwala wreszcie zagospodarować nieużytki i spożytkować odpady.

 

Zalety

  • pewna dostawa surowca z kraju (w przeciwieństwie do importu ropy i gazu),
  • możliwość uzyskania dochodu przy nadprodukcji żywności,
  • nowe miejsca pracy i aktywacja lokalnych społeczności (głównie na wsi),
  • zmniejszenie emisji CO2 z paliw nieodnawialnych, który (w przeciwieństwie do CO2 z biomasy) może zwiększać efekt cieplarniany,
  • decentralizacja produkcji energii (bezpieczeństwo energetyczne).

Wady

  • ryzyko wprowadzenia monokultury w uprawie roślin,
  • spalanie każdych paliw, także biopaliw powoduje wydzielanie tlenków azotu (NOx),
  • spalanie biomasy zawierającej pestycydy, tworzywa sztuczne czy związki chloropochodne powoduje powstanie związków o toksycznym i rakotwórczym działaniu.

 

 Energia wiatrowa:

Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w którym dokonuje się zamiana energii wiatru na energię mechaniczną.  Instalacje przydomowych elektrowni wiatrowych mogą być również wyposażone w magazyny energii w postaci akumulatorów elektrochemicznych lub zasobnika z ciepłą wodą użytkową.

Według „Krajowego planu działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych”, do 2020 roku w Polsce ma powstać ok. 100 tysięcy przydomowych elektrowni wiatrowych o łącznej mocy 550 MW.

 

Zalety

  • brak zanieczyszczeń środowiska,
  • energia wiatru jest darmowa,
  • możliwość lokalizacji na nieużytkach i terenach zanieczyszczonych,
  • zmniejszenie bezrobocia (stałe zatrudnienie dla ok. 5000 osób).

Wady

  • cykliczność pracy (z powodu zmiennej prędkości wiatru),
  • wysokie koszty inwestycji,
  • wysokie koszty eksploatacji,
  • hałas,
  • zagrożenie dla ptaków.


Energia geotermalna

Energia geotermalna jest wewnętrznym ciepłem Ziemi nagromadzonym w  skałach oraz w wodach wypełniających pory i szczeliny skalne. Na szeroką skalę energię wnętrza Ziemi zaczęto wykorzystywać dopiero w początkach XX wieku. Począwszy od skorupy ziemskiej z każdym kilometrem w głąb temperatura wzrasta o około 30 stopni C.

Do produkcji elektryczności nadają się tylko bardzo gorące wody, których temperatura przekracza 150 st. C. Wody o niższych temperaturach znajdują zastosowanie w ciepłownictwie, w rolnictwie i ogrodnictwie (do upraw szklarniowych), w hodowli ryb. Stosuje się je również przemysłowo, na przykład pasteryzując mleko czy też susząc drewno.

Inny rodzaj wykorzystania energii wnętrza Ziemi to ogrzewanie bądź też ochładzanie za pomocą pomp ciepła – podziemnych rur wypełnionych cieczą, które ogrzewają się pod wpływem naturalnego ciepła Ziemi lub też, podczas upałów, „przechwytują” nadmiar ciepła z otoczenia i odprowadzają je pod ziemię.

 

Zalety:

  • niskie koszty eksploatacji, często do 50 proc. w porównaniu do innych paliw,
  • bezobsługowość, brak konieczności przeglądów,
  • możliwość chłodzenia pomieszczeń w lecie,
  • podniesienie wartości budynku,
  • brak emisji szkodliwych spalin,
  • nie wymaga przyłącza gazu lub składu opałowego.

Wady:

  • wysoki koszt inwestycyjny,
  • konieczność zwiększenia powierzchni grzewczej grzejników tradycyjnych lub wykonanie ogrzewania podłogowego,
  • konieczność wykonania dolnego źródła – wymiennika.

 

Jak można ogrzewać mieszkanie?

Prawie każde mieszkanie w budynku wielorodzinnym styka się częściowo z innymi lokalami mieszkalnymi i dzięki temu traci dużo mniej ciepła do otoczenia niż dom jednorodzinny. W efekcie każde mieszkanie, oprócz szczytowych, łatwiej jest ogrzać sposobami niekonwencjonalnymi np. słońcem.

Biorąc pod uwagę fakt, iż większość strat cieplnych w mieszkaniu pochodzi od wentylacji, zastosowanie systemu odzysku ciepła z wentylacji jest dobrym rozwiązaniem. Często dla większych bloków mieszkalnych zupełnie wystarczające będzie zastosowanie pasa paneli słonecznych okalającego szczyty budynku i indywidualnych aparatów wentylacyjnych z odzyskiem ciepła.

Unia Europejska wytworzyła wiele programów promujących OZE. Są to np.: ALTENER, SAVE, SYNERGY, CARNOT, SURE. Środki finansowe niektórych z tych programów są dostępne również dla nowych krajów UE i Europy Środkowo-Wschodniej.

„Darmowa” energia ze źródeł odnawialnych

Choć kolektory słoneczne w polskich warunkach klimatycznych zazwyczaj nie stanowią jedynego źródła ciepła, to poradzą sobie z na przykład dogrzewaniem wody czy pomieszczeń między kwietniem a październikiem. W pozostałych miesiącach mogą być wsparciem dla innych urządzeń.

Pozyskana ze słońca energia w domach jednorodzinnych wykorzystywana jest zazwyczaj do zasilania oświetlenia bądź niewielkich urządzeń AGD. Zaawansowane systemy solarne pozwalają nie tylko pozyskiwać energię, ale także magazynować i używać wtedy, kiedy jest pochmurno.

Koszty energooszczędnej inwestycji

Dobrze przemyślany projekt, wykorzystujący odpowiednie materiały i rozwiązania, które minimalizują straty ciepła i zwiększają efektywność energetyczną budynku, będzie kosztować prawie tyle samo, co budynek tradycyjny. Jak się okazuje, stosowanie najdroższych materiałów i wszelkich dostępnych nowinek technologicznych nie jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia wysokiego standardu energetycznego.

Na przykład przeszklenia wykonywane są obecnie ze szkła, tzw. ciepłego, które gwarantuje niską przepuszczalność ciepła, ochronę przed słońcem oraz bezpieczeństwo. Koszt budowy takiego domu nie jest dużo większy, a uzyskane oszczędności wynikające ze zmniejszenia ilości energii zużywanej na ogrzewanie, sztuczne oświetlenie i klimatyzację budynku, rekompensują dodatkowe wydatki.

Zrób to sam

  • Wertykalna turbina wiatrowa o mocy 100W – zrób to sam

Wiele osób narzeka na wysokie ceny nowych urządzeń,  które konwertują promienie słoneczne czy wiatr w energię elektryczną. Potrzeba jest matką wynalazków, a pusty portfel skłania do ruszenia głową i stworzenia własnej alternatywy. Jeśli ktoś z Was chciałby zbudować taką wertykalną turbinę wiatrową będzie potrzebował 8 rur PCV, trochę drutu, łożyska, starego koła (może być od roweru), kilku innych drobiazgów i przede wszystkim chęć do pracy.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=RaSMv93opW0

 

  • Instalacja solarna – zrób to sam

System zasilania wykorzystujący słońce, jako źródło energii może być wykonany przez nowicjusza – trzeba zwrócić uwagę na użycie odpowiednich komponentów i zadbać o poprawne wykonanie konstrukcji.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=XhnOe4DZSpQ#!

 

  • Lampka LED na energię słoneczną – zrób to sam

Potrzebujemy szklane naczynie, na przykład słoik 1 litrowy. Za pomocą szlifierki wykonujemy w słoju dwa otwory: jeden średnicy kabla nad dnem słoja, drugi o wymiarach włącznika lampki tuż nad pierwszym otworem. W górnym otworze umieszczamy włącznik. W dolnym otworze umieszczamy przewód od włącznika i diody LED umieszczonej w naczyniu. Potłuczone szkło samochodowej szyby wsypujemy do szklanego słoja. Z lampki solarnej wymontowujemy solar i układ sterujący zasilaniem (nie odłączając akumulatora). Z układu sterującego odcinamy diodę LED i solar. W miejscach, gdzie znajdowały się solar i dioda przedłużamy przewód. Solar montujemy w nasłonecznionym miejscu. Układ i akumulator montujemy w innym pudełku, aby go zabezpieczyć.  Całość podłączamy w następujący sposób:
Zamykamy słój. Cieszymy się darmowym światłem.

 

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s