Niezmiernie cieszy fakt, że nowoczesne rozwiązania energetyczne są obiektem zainteresowania wielu Mieszkańców. A wzrastająca wiedza i świadomość ekologiczna  jest niezwykle istotną motywacją poszukiwania korzystnych i racjonalnych rozwiązań

WYKORZYSTYWANIE ENERGII SŁONECZNEJ
PODSTAWOWE INFORMACJE NA TEMAT
INSTALACJI SOLARNYCH

Na terenie naszej gminy widzimy coraz więcej kolektorów słonecznych. Wielu   Mieszkańców  zastanawia się  nad  założeniem  instalacji solarnej  przy wykorzystaniu istniejących programów dofinansowania tego typu inwestycji. Cieszy również fakt  sukcesywnego wzrost świadomości ekologicznej i coraz powszechniejszego zainteresowania szeroką problematyką energii odnawialnej. Podstawowym efektem ekologicznym takich działań  jest zwiększenie udziału wykorzystania odnawialnych źródeł energii (OZE) w produkcji energii cieplnej, ograniczenie  emisji zanieczyszczeń do atmosfery, co przyczyni się do poprawy stanu środowiska w szeroko pojętym kontekście. Mam na względzie również ekonomię gospodarstw domowych i wymierne korzyści finansowe. Kolektory słoneczne przetwarzają bowiem darmową energię słoneczną w energię cieplną. Warto przy tym  dodać,  że energia elektryczna, z gazu czy oleju opałowego będzie coraz droższa, ponieważ zasoby tych naturalnych źródeł są ograniczone.
  
Wszystkich zachęcam do lektury zebranych informacji na temat wykorzystania energii słonecznej w aspekcie dostępnych technologii.

Informacje ogólne o energii słonecznej

Warto wiedzieć, że:
1.  dostępność promieniowania słonecznego w czasie, zarówno w ciągu trwania całego roku, jak i w czasie doby, jest  bardzo zróżnicowana i zależy od takich czynników jak:  szerokość geograficzna, pora dnia,     pora roku, usytuowanie danego miejsca (lokalizacja) czy  zanieczyszczenie środowiska;
2.  Promieniowanie słoneczne  składa się z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego;
3. Struktura promieniowania słonecznego, a tym samym  strumień  energii promieniowania słonecznego, który dociera  do  powierzchni dowolnie  nachylonych do poziomu, którymi są np. elementy budynków, w tym ściany, dach, zmienia się w zależności od stopnia nachylenia rozpatrywanej powierzchni, pory roku  i  godziny dnia;
4. Promieniowanie słoneczne padające na powierzchnię Ziemi może być opisywane różnymi wielkościami, z których najistotniejsze są:
• Usłonecznienie, które  określa średnią (w danym okresie) liczbę godzin z bezpośrednią widoczną operacją słoneczną.

Polska jest położona w strefie klimatu umiarkowanego między 490 a 54,50 szerokości geograficznej północnej, zatem południowe krańce Polski mają w zimie dzień dłuższy o prawie jedną godzinę od krańców północnych, natomiast w lecie jest odwrotnie.

• Natężenie promieniowania słonecznego -  ilość energii słonecznej docierającej w ciągu jednej sekundy na powierzchnię jednego metra kwadratowego, prostopadłą do kierunku promieniowania i leżącą poza atmosferą (tzw. promieniowanie pozaziemskie) w średniej odległości Ziemi od Słońca ( 149,5 mln km) nazywa się stałą słoneczną o wartości 1367 W/m2. Przejście promieniowania przez atmosferę powoduje jego zmiany ilościowe (zmniejszenie wielkości), jakościowe (skład widmowy) oraz zmiany rozkładu w czasie.

Najwyższe natężenie promieniowania słonecznego bezpośredniego w Polsce stwierdzono na Kasprowym Wierchu – ok. 1200 W/m2, natomiast nad morzem maksymalna jego wartość wynosiła 1050 W/m2. Dla przeważającej części kraju, w tym dla Polski Środkowej, wartości te rzadko przekraczają 1000 W/m2. Najczęściej notowane wartości promieniowania bezpośredniego wynoszą 600 – 800 W/m2

napromieniowanie słoneczne - znajomość tego parametru jest wartości napromieniowania całkowitego uwzględniającego globalną  sumę  energii promieniowania słonecznego jest konieczna przy projektowaniu urządzeń energetyki słonecznej. Dla wnikliwych podaję, że jako normę dla Polski można przyjąć wartość napromieniowania całkowitego 3600 MJ/m2 w ciągu roku. Centralne obszary Polski otrzymują około 40% promieniowania pozaziemskiego, to jest ok. 3480 MJ/m2 na rok. Udział promieniowania rozproszonego waha się od 47% w miesiącach letnich do ok. 70% w grudniu, dając przeciętną ok. 50% w skali całego roku
 
Najniższe miesięczne wartości napromieniowania słonecznego  występują w grudniu (ok.1,3% sumy rocznej), najwyższe zaś w czerwcu i lipcu (po ok. 16%). Okres od maja do sierpnia obejmuje ok. 58% rocznej sumy promieniowania, natomiast od listopada do lutego – tylko 8%.

4. Najkorzystniejsze warunki pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego w Polsce obserwujemy w pasie nadmorskim (ze względu na bardzo duże sumy promieniowania całkowitego i znaczne liczby godzin  usłonecznienia) oraz w regionach  południowo - wschodnich ze względu na częsty dopływ suchych mas powietrza ze wschodu; Przykro odnotować, iż w regionach Górnośląskim i Warszawskim zdecydowanie najgorsze warunki solarne są spowodowane przemysłowymi zanieczyszczeniami powietrza. 

Różne typy kolektorów słonecznych, zasada działania

Zasada jest taka: aby wykorzystać energię promieniowania słonecznego do celów użytkowych należy ją najpierw "zebrać", później zamienić na odpowiednią formę energii - np. ciepło lub energię elektryczną, a następnie zmagazynować, aby mogła być wykorzystana wtedy, gdy będzie potrzebna, i wykorzystywać w ściśle zaplanowany efektywny sposób. Niezbędny jest do tego tzw.  aktywny system słoneczny/grzewczy, którego podstawowym elementem  jest kolektor słoneczny, który "zbiera" energię promieniowania słonecznego. Zadaniem kolektora jest pochłanianie docierającej do niego energii promieniowania słonecznego i przekazanie pozyskanej energii przepływającemu czynnikowi roboczemu, wodzie lub mieszance niezamarzającej w systemach cieczowych, lub też powietrzu w systemach powietrznych. Kolektor słoneczny jest po prostu wymiennikiem ciepła, który odbiera energię promieniowania słonecznego z otoczenia i przekazuje ją czynnikowi roboczemu cyrkulującemu w kolektorze.
Do kolektorów  słonecznych odpowiednich dla polskich warunków klimatycznych należą przede wszystkim: płaskie kolektory cieczowe i kolektory próżniowe
 
Podstawowe elementy płaskiego cieczowego kolektora słonecznego to: absorber (najistotniejsza część kolektora, którego głównym zadaniem jest absorpcja, czyli pochłanianie energii promieniowania słonecznego i przekazanie jej czynnikowi transportującymi ciepło; absorber stanowi z reguły płyta metalowa pomalowana na czarno połączona z kanałami przepływowymi, przez które przepływa czynnik roboczy), osłona przezroczysta ( która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia od góry, czyli od powierzchni zewnętrznej wystawionej bezpośrednio na działanie nie tylko promieni słonecznych, ale i wiatru, deszczu, i innych czynników atmosferycznych, w tym przede wszystkim temperatury powietrza atmosferycznego),izolacja cieplna ( która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia, od dołu i z boków - w przypadku systemów zintegrowanych jest to połać dachu), obudowa zewnętrzna (metalowa lub plastykowa).
Kolektor próżniowy rurowy składa się z szeregu elementów rurowych ułożonych względem siebie równolegle. W jednym module jest co najmniej 6 rur. Odległość między osiami rur wynosi około 10 cm, a ich średnica jest rzędu 4 cm. W każdej pojedynczej szklanej rurze umieszczona jest płyta absorbera (z reguły miedziana) o wysokiej selektywności, a w niej element rurowy w kształcie U - rury, którym przepływa czynnik transportujący ciepło. Czynnikiem tym jest woda. Materiał stosowany na pokrycie absorbera charakteryzuje się dużą absorpcyjnością rzędu 0,96 i bardzo niską emisyjnością wynoszącą z reguły 0,03. W szklanej rurze jest próżnia. Dolna wewnętrzna część rury szklanej jest pokryta warstwą refleksyjną. Zastosowanie tej warstwy powoduje, że odbite od niej promieniowanie słoneczne skupia się na dolnej części absorbera, poprawiając efekt pochłaniania energii promieniowania słonecznego.
Oprócz zwykłych kolektorów próżniowych, w których czynnikiem transportującym ciepło jest woda, w sprzedaży są też kolektory próżniowe z rurami ciepła. Podstawową cechą tych kolektorów jest to, że kanały przepływowe w płycie absorbera wypełnione są czynnikiem chłodniczym. Kanały te wystają ponad górną krawędź absorbera. Praktycznie kanały te są wspomnianymi rurami ciepła. Część rur znajdująca się na płycie absorbera jest parownikiem, a część poza absorberem jest skraplaczem. W działaniu tych kolektorów wykorzystywane są zjawiska zmiany stanu skupienia czynnika roboczego - chłodniczego (z reguły ekologicznego freonu). Kolektory te mogą efektywnie funkcjonować przy niewielkim nasłonecznieniu i w zakresie niskich temperatur powietrza atmosferycznego, co jest bardzo korzystne w naszych warunkach klimatycznych.

Magazynowanie energii

Oprócz kolektora słonecznego drugim podstawowym elementem aktywnego systemu słonecznego jest zbiornik magazynujący. Zbiornik ten w typowych instalacjach słonecznych ma zdolność do magazynowania energii przez krótki okres, od kilku godzin do maksimum dwóch dni. Zdolność do magazynowania w różnym czasie zależy przede wszystkim od    pojemności i kształtu  zbiornika,  rodzaju czynnika magazynującego energię,   zastosowanej izolacji cieplnej, typu systemu grzewczego oraz  rodzaju i warunków odbioru energii ze zbiornika magazynującego.
Najbardziej typowe są systemy cieczowe, a w nich wodne zbiorniki magazynujące. Energia promieniowania słonecznego jest dostarczana okresowo. Należy więc jej jak najwięcej zgromadzić, wtedy kiedy jest dostępna, aby móc ją wykorzystać wtedy, gdy jej nie ma tzn. po zachodzie Słońca, lub gdy wartości nasłonecznienia są tak niewielkie, że praktycznie nie można pozyskać energii promieniowania słonecznego. W naszych warunkach klimatycznych zawsze w aktywnym systemie słonecznym powinniśmy przewidzieć istnienie dodatkowego konwencjonalnego źródła energii, wspomagającego instalację słoneczną w zaspakajaniu wymagań grzewczych użytkownika.
Najczęściej w instalacjach słonecznych małej mocy, tzn. stosowanych w budownictwo jednorodzinnym, wykorzystuje się zamknięte zasobniki ciepła wykonane jako zbiorniki stalowe ciśnieniowe z podwójnym płaszczem grzejnym lub z wężownicą grzejną. Zbiorniki te mają kształty cylindryczne. Są one izolowane cieplnie.
W większości zasobników ciepła wykorzystywany jest efekt stratyfikacji ciepła, zwany też uwarstwieniem ciepła. Polega on na tym, że w dolnej warstwie zbiornika temperatura wody jest najniższa i wraz z wysokością zasobnika wzrasta, tak że w warstwie górnej jest najwyższa. W górnej części zbiornika instalowany jest odpływ czynnika do użytkownika. Zjawisko uwarstwienia ciepła jest korzystne. Użytkownik może bowiem odbierać wodę o wyższej temperaturze przy tej samej ilości energii zmagazynowanej w zbiorniku ( na dole woda jest zimniejsza). Dla uzyskania odpowiedniego efektu cieplnego korzystne jest, gdy przepływ przez kolektor jest mały.
W niektórych rozwiązaniach stosuje się w dolnej części zbiornika mieszadełko, w zbiorniku ma miejsce ciągłe mieszanie się wody i temperatura czynnika magazynującego w całej objętości magazynowania jest jednakowa. Temperatura wody odbieranej przez użytkownika jest w tym przypadku oczywiście niższa niż w zbiorniku ze stratyfikacją ciepła, przy tej samej ilości zmagazynowanej energii. Takie rozwiązania magazynowania (z pełnym mieszaniem) są zalecane w systemach wykorzystywanych okresowo w lecie. Jest to także związane z szybszym przepływem czynnika roboczego przez kolektor.
Istnieją także systemy, w których stosuje się podwójny układ zbiorników magazynujących. Pierwszy zasobnik ciepła spełnia wtedy rolę zbiornika ze wstępnym podgrzewaniem, zwany jest często zbiornikiem słonecznym. Drugi zbiornik jest tym właściwym zbiornikiem magazynującym, do niego doprowadzone jest dodatkowe konwencjonalne źródło energii cieplnej, w postaci podgrzewacza elektrycznego czy też gazowego. W rozwiązaniach z pojedynczym zbiornikiem magazynującym pomocnicze, konwencjonalne źródło ciepła znajduje się z reguły za zbiornikiem.

Rodzaje i charakterystyka aktywnych systemów słonecznych.

W zależności od funkcji danego systemu słonecznego jego konstrukcja może być mniej lub bardziej skomplikowana. Z kolei w zależności od charakteru wymagań grzewczych danego użytkownika wymagane są oprócz kolektorów słonecznych pewne niezbędne dodatkowe urządzenia. Podstawowymi elementami aktywnych systemów grzewczych, w zależności od stopnia komplikacji systemu, mogą być niektóre lub wszystkie z wymienionych poniżej urządzeń:
• kolektory słoneczne,
• rurociągi doprowadzające i odprowadzające,
• pompy cyrkulacyjne przy obiegach wymuszonych,
• wymienniki ciepła pomiędzy poszczególnymi zamkniętymi obiegami roboczymi w danym systemie,
• zbiorniki magazynujące, które służą do akumulacji energii cieplnej uzyskanej z kolektorów słonecznych,
• urządzenia zabezpieczające przed niepożądanym wzrostem ciśnienia i temperatury (np. zbiorniki wyrównawcze, zawory bezpieczeństwa, urządzenia odpowietrzające),
• układy automatyczne kontroli i sterowania działaniem poszczególnych obiegów i urządzeń (zaopatrzone w układy czujników temperaturowych, termostatów, zaworów sterowanych itp.);
• dodatkowe, konwencjonalne pomocnicze systemy ogrzewcze, które mogą spełniać rolę stałych, wspomagających lub też awaryjnych układów;
• urządzenia wspomagające takie jak pompy ciepła, umożliwiające zwiększenie wartości grzewczej pozyskiwanej energii ze źródła słonecznego lub innego odnawialnego źródła ciepła.

Trzeba otwarcie przyznać, iż barierą dla wykorzystania odnawialnych źródeł energii jest najczęściej brak wystarczających środków na ich finansowanie. Wiele osób poszukuje korzystnych rozwiązań  i różnych efektywnych i dobrych praktyk w tym ważnym obszarze zrównoważonego lokalnego rozwoju.

Możliwości dofinansowania przez  Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej www.nfosigw.gov.pl w trybie dofinansowania kolektorów słonecznych

Tryb dofinansowania kolektorów słonecznych obejmuje:

• Dopłaty na częściowe spłaty kapitału kredytów bankowych przeznaczonych na zakup i montaż kolektorów słonecznych dla osób fizycznych i wspólnot mieszkaniowych
• Dotacje na częściowe spłaty kapitału kredytów bankowych udzielane są na zasadach określonych w Programie Priorytetowym. Program Priorytetowy określa m.in. budżet programu, wysokość dotacji, terminy składania wniosków oraz szczegółowe kryteria wyboru przedsięwzięć, a także wskazuje koszty kwalifikowane przedsięwzięcia, jakie mogą być objęte kredytem.
• Kredyty z dotacją NFOŚiGW udzielane są przez banki na podstawie umów o współpracy.

Więcej informacji na stronie: http://www.nfosigw.gov.pl/srodki-krajowe/doplaty-do-kredytow/

Osoby zainteresowane pragnę także poinformować, iż aktualnie funkcjonują na rynku bardzo atrakcyjne oferty montaży finansowych   tego typu inwestycji autorstwa uprawnionych podmiotów gospodarczych, działających w obszarze odnawialnych źródeł energii.

Opracowanie: Halina Grzelak,
tel.22 786 62 92 wew.125 lub 600 933 916

  
Strony internetowe
 
www.eneregieodnawialne.pl
www.funduszeeuropejskie.gov.pl
www.kape.gov.pl
www.nfosigw.gov.pl
www.mae.mazovia.pl
http://ptes-ises.ippt.gov.pl/
www.wfosigw.pl