PVDC – nowy sposób na dogrzanie ciepłej wody użytkowej cz.I

PVDC – nowy sposób na dogrzanie ciepłej wody użytkowej cz.I

Panele fotowoltaiczne czy kolektory słoneczne?

Przeciętny człowiek styka się najczęściej z dwiema technologiami wykorzystującymi energię słoneczną. Kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne bardzo często są mylone, choć zasada ich działania jest zupełnie inna. Łączy je zaś to, że służą do przechwytywania energii słonecznej i przetwarzania jej na użyteczną dla nas postać.

Energia słońca towarzyszy ludzkości od zarania dziejów. Historia „kontaktów” ludzkości z naszą gwiazdą przechodzi od uwielbienia w formie bóstwa, przez wykorzystanie efektów przetworzenia energii słonecznej dokonanej przez rośliny czy zwierzęta, aż do czasów nam współczesnych, kiedy potrafimy przetworzyć energię emitowaną przez słońce na inne jej formy.

Gdybyśmy kogokolwiek zapytali o zalety słońca, pierwszym skojarzeniem jest letni wypoczynek w jego ciepłych promieniach. Potem zapewne pomyślimy o roślinach i fotosyntezie. Przełom XX i XXI wieku dał ludzkości technologiczną możliwość wykorzystania energii słonecznej. Ale zanim o technologii, kilka słów o potencjale z jakim mamy do czynienia.

Ile jest „tej” energii?

Średnie nasłonecznienie w Polsce – źródło „Mapa usłonecznienia w Polsce”, Akademia Pomorska w Słupsku 2015

Średnie nasłonecznienie w Polsce – źródło „Mapa usłonecznienia w Polsce”, Akademia Pomorska w Słupsku 2015

Średnie roczne nasłonecznienie w Polsce wynosi około 1000 kWh/m2. Oznacza to, że z jednego metra kwadratowego instalacji fotowoltaicznej możemy wyprodukować około 1000 kWh roczne.

Trzeba jednak pamiętać, iż rozkład promieniowania słonecznego nie jest równomierny w cyklu rocznym. Około 80% rocznego nasłonecznienia przypada na okres wiosenno-letni. Trzeba również pamiętać, że wpływ na uzysk energii mają lokalne zjawiska pogodowe takie jak np. zachmurzenie.

Przeciętny człowiek styka się najczęściej z dwiema technologiami wykorzystującymi energię słoneczną. Kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne bardzo często są mylone, choć zasada ich działania jest zupełnie inna. Łączy je zaś to, że służą do przechwytywania energii słonecznej i przetwarzania jej na użyteczną dla nas postać.
Kolektory i współpracująca z nimi instalacja wykorzystują promieniowanie słoneczne do podgrzania wody. Ten proces przebiega w kilku etapach:

  • kolektor pochłania i zamienia promieniowanie słoneczne w ciepło,
  • ciepło odbiera czynnik roboczy (najczęściej płyn niezamarzający),
  • czynnik roboczy przepływa rurami do wężownicy umieszczonej w zasobniku wody i przekazuje jej ciepło.

Panele fotowoltaiczne produkują energię elektryczną, którą możemy z kolei wykorzystać na dowolny cel. Proces ten można w skrócie opisać w ten sposób:

  • w pojedynczym ogniwie tworzącym złącze p-n pod wpływem padającego nań promieniowania słonecznego (fotonów) powstaje siła elektromotoryczna, bo elektrony przemieszczają się do obszaru n, zaś tzw. dziury do obszaru p. Wynikiem tego ruchu ładunków jest powstanie różnicy potencjałów, czyli prądu elektrycznego,
  • połączone pojedyncze ogniwa tworzą panele fotowoltaiczne generujące prąd o napięciu stałym,
  • użytkowym napięciem jest napięcie przemienne, więc w inwerterach następuje przekształcenie napięcia stałego na zmienne.

Na temat zalet i wad poszczególnych technologii napisano już bardzo wiele. Głównie przez producentów poszczególnych technologii. I tak, wytwórcy kolektorów wskazują ich oczywiste zalety, zaś producenci paneli fotowoltaicznych rozpisują się nad zaletami swoich produktów. Oczywiście i jedni i drudzy mają rację. Aczkolwiek nie całkowitą i jedyną. Wybierając konkretną technologię należy podchodzić rozważnie.

W przypadku technologii kolektorów słonecznych podstawową wadą jest pojawiające się w okresie wysokiego nasłonecznienia problemy z nadmiarem energii. W skrócie chodzi o to, by ciepło wyprodukowane w kolektorze było ciągle odbierane (zużywane). Co się dzieje gdy go nie odbierzemy? Może dojść do poważnej awarii układu. Brak odbioru ciepła uszkadza kolektory – właśnie dlatego nie powinno się ich projektować tam, gdzie w lecie praktycznie nie ma stałego rozbioru ciepłej wody. Problem z nadmierną ilością ciepłej wody w lecie jest rozwiązany np. gdy mamy basen. Pytanie czy w każda instalacja kolektorów słonecznych wybudowana w Polsce ma w pobliżu basen?

W przypadku technologii paneli fotowoltaicznych podstawową wadą jest koszt i cena za jaką sprzedamy wytworzoną energię. Problem kosztu instalacji wynika m.in. z konieczności zastosowania drogich inwerterów zamieniających prąd stały na przemienny – tu nie ma złotego środka rozwiązującego ten problem. Z drugim możemy sobie częściowo poradzić budując mikro instalację prosumencką. Oznacza to, że z założenia wielkość instalacji dobieramy do naszego zapotrzebowania na energię elektryczną, tak by zminimalizować ilość energii odsprzedawaną do sieci. Po pierwsze – najtańszą energią jest ta, której nie pobierzemy z sieci (bo mamy ją za „darmo” z naszych paneli PV). Po drugie, skoro zużywamy większość wyprodukowanej energii, nie martwimy się ceną odkupu energii wprowadzonej do sieci (a ta, jak wskazują ostatnie lata, jest mocno niepewna). Po trzecie, minimalizujemy koszty i problemy formalne przyłączenia do sieci – mikroinstalacje prosumenckie przyłączymy w ramach posiadanego przydziału mocy bez dodatkowych formalności i kosztów.

A gdyby tak połączyć zalety kolektorów słonecznych i paneli fotowoltaicznych jednocześnie pozbywając się wad obu technologii?

Odpowiedź na ten pomysł znajdziemy w drugiej części artykułu:

Innowacyjne zastosowanie fotowoltaiki

O autorze:

mgr inż. Adam Chmielewski – specjalista ds. energetyki i OZE, z doświadczeniem w pracy w Zakładzie Energetycznym, w tym na stanowisku dyrektora departamentu oraz w ramach własnej działalności. Współtwórca innowacyjnego projektu PVDC (fotowoltaika do podgrzewu ciepłej wody użytkowej) z powodzeniem wdrażający go w spółdzielniach mieszkaniowych w północno-wschodniej Polsce.
Współzałożyciel oraz Prezes WES Sp. z o.o.

Powiązane wpisy

Menu