Archiwum kategorii: Energia słoneczna

Solarna ładowarka akumulatora samochodowego.

Przenośne panele fotowoltaiczne znalazły zastosowanie jako ładowarki akumulatorów samochodowych. Czasami zdarzy nam się pozostawić samochód na włączonych światłach, czego skutkiem może być rozładowanie akumulatora i wtedy z pomocą może przyjść nam właśnie ładowarka fotowoltaiczna. W sytuacji awaryjnej umieszczamy ładowarkę na desce rozdzielczej samochodu, wtyczkę zasilnia podłączamy do gniazda zapalniczki samochodowej i czekamy na naładowanie akumulatora. Z jednej strony nie każdy samochód może być uruchamiany na „popych”, a z drugiej strony alternatywą może być jego holowanie, które niesie ze sobą konieczność poniesienia niemałych kosztów (jeśli oczywiście nie mamy wykupionego ubezpieczenia Car Assistance obejmującego darmowe holowanie samochodu).

Wadą ładowarki fotowoltaicznej jest stosunkowo długi czas ładowania akumulatora, ponieważ posiada ona niewielki prąd ładowania (przy napięciu 12V prąd ładowania wynosi max. 0,1 – 1,125 A, przy optymalnych warunkach nasłonecznienia). Dlatego czas ładowania może wynieść kilka lub nawet kilkanaście godzin, ale z drugiej strony ładowarka może nam pozwolić na nisko kosztowe naładowanie akumulatora samochodowego w sytuacji awaryjnej, kiedy inne rozwiązania nas zawiodą lub będą bardzo kosztowne.

 Solarna ładowarka akumulatora samochodowego

Koszty energii elektrycznej.

Energia elektryczna jest towarem tak samo jak lodówka, pralka, czy chleb, a z drugiej strony ma ona specjalne znaczenie z uwagi na zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego kraju.

Energia elektryczna jest kupowana zarówno przez pojedyncze gospodarstwo domowe, jak również przez firmy, instytucje państwowe, szpitale, szkoły czy całe miasta lub gminy. Tym samym energia elektryczna ma swoją wartość, a w wielu przypadkach jest wręcz bezcenna i dopiero sytuacje awaryjne pozwalają na jej dostrzeżenie.

Koszty energii elektrycznej

Praktycznie dzisiaj trudno nam jest sobie wyobrazić sytuacje, w której nie będziemy mogli skorzystać z dobrodziejstwa jakim jest energia elektryczna.
Podlega ona tym samym prawom podaży i popytu co inne towary oferowane na rynku, przy czym cena sprzdawanej energii elektrycznej w warunkach Polski uzależniona jest różnych czynników zewnętrznych, w szczególności:
ceny energii na Towarowej Giełdzie Energii,
wielkości zapotrzebowania na energię elektryczną (rocznego zużycia energii),
wielkości napięcia zasilającego (im niższe, tym droższa jest energia elektryczna)
kosztów dystrybucji (zależne głównie od odległości od źródła oraz od ilości zużytej energii elektrycznej),
pory dnia (z uwagi na konieczność zapewnienia ciągłości dostaw energii w różnych porach dnia, kiedy występują wzrosty lub spadki zapotrzebowania, muszą być podejmowane specjalne działania stabilizujące siec energetyczną mające na celu zapobiegnięcie blackout-u – szerokiej awarii zasilania).

Koszty energii elektrycznej

W zależności od rodzaju odbiorcy cena energii ustalana jest przez rynek (podmioty prowadzące działalność gospodarczą), lub Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki (URE, który ustala zarówno ceny energii, jak również pozostałe narzuty kosztów energii dla gospodarstw domowych, w tym opłatę dystrybucyjną).

W praktyce cena energii elektrycznej oraz opłata dystrybucyjna stanowią prawie 80 % kosztów energii, dlatego jedną z możliwości obniżenia kosztów energii elektrycznej jest produkowanie jej w miejscu wytworzenia ? taką możliwość mamy dzięki źródłom prosumenckim, bazujących głównie na źródłach energii odnawialnej.

Energia elektryczna może być wytwarzana przez wiele różnych podmiotów występujących na rynku, które do jej produkcji wykorzystują rożne źródła energii (głównymi źródłami są węgiel, gaz, słońce, wiatr).

Ważnym elementem jest struktura kosztowa produkcji energii elektrycznej, która mówi o tym, że o ile dzisiaj koszt wytworzenia energii w elektrowni fotowoltaicznej jest wyższy niż w elektrowni konwencjonalnej, to już po okresie jej spłacenia (obecnie jest to okres ok. 12 – 15 lat) znacząco spadnie i to właśnie dzięki temu spadkowi będziemy w stanie uzyskiwać tanią energię elektryczną. Jest to o tyle ważne, że oferowany dzisiaj osprzęt – w szczególności moduły fotowoltaiczne – mogą pracować przez okres 20-25 lat (tyle wynosi gwarancja wydajności oferowana przez producentów modułów fotowoltaicznych).

Koszty energii elektrycznej

Certyfikacja modułów fotowoltaicznych.

Każdy producent modułów fotowoltaicznych chcący sprzedawać swoje wyroby na rynku zobligowany jest do posiadania certyfikatów świadczących o pozytywnym przejściu przez jego wyroby testów zgodnie z normami IEC 61215 (dla modułów krystalicznych) oraz IEC 61646 (dla modułów amorficznych).

Procedura testowa trwa zwykle kilka miesięcy i moduły fotowoltaiczne poddawane są testom starzeniowym , symulującym przyspieszone zużycie modułów w ściśle zaprogramowanych warunkach testowych.

Certyfikacja modułów fotowoltaicznych

Przykładowo w przypadku spełnienia wymagań normy IEC 61215 moduły fotowoltaiczne poddawane są m.in. następującym testom:
kontrola wzrokowa (mająca na celu sprawdzenie jakości wykonania modułu),
wydajność modułów w standardowych warunkach testowych STMC z wykorzystaniem symulatora światła słonecznego,
test izolacji (wykonywany na testerze wysokonapięciowym, umożliwiającym spadek napięcia na izolacji),
pomiar współczynnika temperaturowego (ma na celu sprawdzenie jaki wpływ na parametry I wydajność modułu mają zmiany temperatury otoczenia). Dodatkowo sprawdza się wydajność modułów przy obniżonych parametrach testowych natężenia światła 200 W/m?),
test „Hot spot”, który ma za zadanie kontrolę modułu przy częściowym zasłonięciu modułu,
test UV (odbywa się w komorze UV i pozwala sprawdzić wpływ promieniowania UV na szybkość starzenia się folii EVA oraz szyby),

Certyfikacja modułów fotowoltaicznych

test temperaturowy (odbywa się w komorze termicznej i pozwala na symulowanie okresowych zmian temperatury oraz badanie ich wpływu na zużycie modułu fotowoltaicznego),
test wilgotności i parowania (wykonywane w komorze klimatycznej, która umożliwiają symulowanie rożnych warunków klimatycznych i badanie ich wpływu na zużycie modułu),
test mechaniczny (ma za zadanie symulowanie warunków obciążenia modułów fotowoltaicznych śniegiem, które pod jego wpływem ulegają ugięciu, test odbywa się dla obciążenia 2400 lub 5400 Pa),
„Hail test” (ma za zadanie sprawdzenie odporności modułu fotowoltaicznego na uderzenie gradu w powierzchnię modułu).

Posiadanie certyfikatu do modułu fotowoltaicznego jest jednym z warunków zapewniających jakość kupowanego wyrobu, dlatego warto o niego pytać potencjalnego dostawcę. Oczywiście nie znaczy to, że moduły certyfikowane nie zepsują się podczas ich użytkowania, ale ich brak powinien dać do myślenia inwestorowi.

Certyfikacja modułów fotowoltaicznych

Prosument, czyli świadomy i aktywny konsument.

Prosument to klient, który jest jednocześnie producentem i wytwórcą energii elektrycznej lub cieplnej. Ważne przy tym jest, że klient taki jest w stanie obniżyć koszty związane z przesyłem enegii na duże odległości (produkcja i zużycie energii elektrycznej lub cieplnej odbywa się w jednym miejscu).

Prosument

Pojęcie „prosument” pojawiło sie na określenie klienta, który wprowadzając w swoim najbliższym otoczeniu nowoczesne rozwiązania technologiczne z jednej strony uzyskuje wymierne korzyści w formie obniżenia bieżących wydatków na zużycie energii elektrycznej, cieplnej, czy wody, a z drugiej strony jest takim pionierem w działaniach racjonalizujących ich wykorzystanie.

Działania prosumenckie mogą być realizowane w następujących obszarach:
produkcja energii elektrycznej w mikroelektrowniach (wiatrowe i/ lub fotowoltaiczne),
– zastosowanie energooszczędnych odbiorników energii elektrycznej,
– produkcja energii cieplnej (kolektory słoneczne lub pompa ciepła),
odzysk ciepła w instalacjach wentylacyjnych,
– kontrola i usuwanie źródeł strat mediów (energii, ciepła, wody),
izolacja termiczna budynku mieszkalnego, zmniejszająca straty energii traconej bezpowrotnie,
– zastosowanie automatycznych systemów regulacyjnych, dopasowujących zużycie mediów do bieżących potrzeb.

Prosument

W obszarze korzystania z różnych mediów występują duże możliwości oszczędności kosztów, co przy rosnących cenach nośników energii, ciepła i wody jest szerokim polem do zagospodarowania dla każdego konsumenta. Zastosowanie inwestycji oraz działań prosumenckich może prowadzić do znacznego ograniczania kosztów co wprost przekłada się na ilość funduszy pozostających do dyspozycji konsumenta na koniec każdego miesiąca. Dlatego przy rosnących cenach wszystkich mediów tak ważne jest, aby świadomie z nich korzystać, a oszczędności dzięki wprowadzaniu tego typu działań mogą sięgać kilku, czy nawet kilkunastu tysięcy tysięcy w skali roku (w zależności od wielkości zużycia mediów, oszczędności mogą osiągnąć poziom 50 % pierwotnej wartości wydatków).

Prosument

Porównanie kosztów wytworzenia energii elektrycznej.

Cena energii elektrycznej to jeden z ważniejszych składników kosztowych nie tylko przy prowadzeniu działalności gospodarczej, ale również jest jedną z większych pozycji kosztowych budżetów gminnych i miejskich oraz gospodarstw domowych. Przy wzrastających cenach energii stale zmieniają się również warunki prowadzenia działalności gospodarczej – firma musi przenieść wzrost cen energii na klienta lub poprzez prowadzenie działań optymalizacyjnych utrzymać ceny oferowanych wyrobów na nie zmienionym poziomie.

Poziom kosztów energii ma szczególne duże znaczenie na konkurencyjność wszystkich branż energochłonnych, których likwidacja może świadczyć o stopniowej utracie ich konkurencyjności.

W zależności od rodzaju źródła występują różne poziomy kosztów wytwarzania energii elektrycznej. Ważne przy tym jest, że koszty wytwarzania energii elektrycznej w źródłach odnawialnych cały czas spadają, co przy minimalnych kosztach eksploatacyjnych będzie coraz bardziej umacniało ten sektor energetyki (cena surowców energetycznych takich jak węgiel, uran czy gaz cały czas wzrasta).

Koszty wytworzenia energii elektrycznej

Aktualnie cena energii elektrycznej w Polsce znajduje się na poziomie 0,15 EUR/kW (dla odbiorców zasilanych średnim lub wysokim napięciem jest troszkę niższa). Jednakże przy szeroko prowadzonych inwestycjach proekologicznych w energetyce konwencjonalnej (węglowej, atomowej) w bardzo szybkim tempie mogą wzrosnąć ceny energii elektrycznej co może być zabójcze dla całej gospodarki.

Dlatego z jednej strony tak ważne są działania zmierzające do racjonalizacji zużycia energii elektrycznej, a z drugiej strony prowadzenie polityki gospodarczej, która będzie hamowała wzrost cen głównych mediów (w tym również energii elektrycznej).

Okazuje się, że w Europie występują kraje, w których w ostatnich kilku latach zanotowany został spadek cen energii na przykład Irlandia, Holandia czy Rumunia /źródło: www.ec.europa.eu/.

Jednym z elementów wpływających na spadek cen energii elektrycznej mogą mieć w przyszłości inwestycje w odnawialne źródła energii. Dlatego bezpieczeństwo energetyczne to nie tylko ciągłość zasilania w energię elektryczną, ale również utrzymanie cen energii na konkurencyjnym poziomie.

Koszty wytworzenia energii elektrycznej

Źródło: na podstawie http://www.energy.eu/

Ogrzewanie wody przy pomocy fotowoltaiki

Wraz ze wzrostem cen energii elektrycznej i przy ciągłych spadkach kosztów wykonania instalacji fotowoltaicznej coraz częściej wykorzystuje się ją do ogrzewania wody w gospodarstwie domowym.

Ile energii potrzeba do ogrzania 1 litra wody o jeden stopień C/K?

Q= m*c*dT
Q= 4,18 [J/(g*K)] * 1000 [g] * 1 [K]
Q= 4180 [J]
Q= 4180 [Ws]
Q= 4180 [Ws]/3600 [s/h]
Q= 1,16111 [Wh]

gdzie:
Q – zapotrzebowanie na energię elektryczną,
m – ciężar wody (1 litr = 1 kg)
c – pojemność cieplna wody (4,1826 J/g*K)
dT – różnica temperatur (w naszym przypadku wynosi 1st.K)

W zależności od dziennego zużycia cieplej wody występuje różne zapotrzebowanie na energię elektryczną potrzebną do jej podgrzania. Również w różnych porach roku będzie występowało różne zapotrzebowanie na energię z powodu różnej temperatury wody w instalacji wodociągowej (zimą podgrzewany od temp. ok. 10 st C, latem od temp. ok. 20 st C).

Jeśli na przykład musimy podgrzać 50 l wody od temperatury 10 st C do temperatury 40 st C, wtedy nasze zapotrzebowanie na energię elektryczną wyniesie:

Q= m*c*dT
Q= 4,18 [J/(g*K)] * 50.000 [g] * 30 [K]
Q = 1,741 [kWh]

Czyli w takim przypadku instalacja składająca się z 5 modułów fotowoltaicznych o mocy 240 Wp każdy potrzebuje do ogrzania wody przy nominalnym nasłonecznieniu 1 godzinę 14 minut. Natomiast przy przeciętnym nasłonecznieniu rzędu 300 W/m2 będzie potrzebowała 4 godziny 45 minut. Tak więc instalacja taka jest w stanie pogrzać wodę nawet w zimie (przy gorszej pogodzie może nie uzyskać pełnych 40 st C). Dołożenie 6-tego modułu pozwoli na skrócenie czasu podgrzewania wody i zapewni jeszcze większy komfort pracy instalacji.

Latem nadwyżkę prądu, którą mamy do dyspozycji z instalacji fotowoltaicznej, możemy wykorzystać do innych celów (na przykład do zasilania instalacji klimatyzacji).

Ogrzewanie wody energią elektryczną

Mapa nasłonecznienia Polski

Na terenie Polski w zależności od lokalizacji, położenia, warunków atmosferycznych oraz ukształtowania najbliższego otoczenia występują różne wartości nasłonecznienia. Najlepsze warunki panują na południu Polski w miejscach, gdzie występuje stosunkowo niewielka ilość chmur lub też gdzie zostają one szybko rozdmuchane przez wiatry (Zakopane, Nowy Targ, Lubelszczyzna). W przypadku występowania chmur na niebie promieniowanie bezpośrednie emitowane przez słońce zostaje rozproszone i tym samym spada wydajność instalacji fotowolticznej.

Mapa nasłonecznienia Polski

W miejscach, gdzie występują duże ilości chmur związanych z występowaniem przemysłu lub w okolicy jezior, mamy mniejsze możliwości generowania energii elektrycznej z promieni słonecznych z uwagi na zwiększone ich rozpraszanie i pochłanianie przez chmury i zanieczyszczenia. Jeśli nie występowały by chmury to wtedy na tych samych szerokościach geograficznych występowało by zbliżone nasłonecznienie.

W przypadku przemysłu największe znaczenie ma emisję pary wodnej do atmosfery mają elektrownie systemowe. Zanieczyszczenia emitowane przez zakłady przemysłowe w postaci pyłów osiadając na powierzchni modułów fotowoltaicznych obniżają ich sprawność (mniej promieni słonecznych dociera do powierzchni czynnej odpowiedzialnej za generowanie energii elektrycznej). Ponadto w lokalizacjach znajdujących się w okolicy zakładów emitujących pyły niezbędne jest zwiększenie częstotliwości czyszczenia powierzchni modułów fotowoltaicznych.

Mapa nasłonecznienia Polski

Średnio w Polsce można przyjąć, że optymalne warunki nasłonecznienia (1000 W/m2) panują przez ok. 850-950 godzin w roku i tyle można przyjść do obliczania rentowności instalacji fotowoltaicznej. Przy czym o ile słońce świeci między 1.300 i 1.700 godzin w roku, to jednakże warunki zachmurzenia oraz zanieczyszczeń powietrza występujące w różnych miejscach Polski sprawiają, że ta ilość docierającego słońca do ziemi może się bardzo zmieniać.

Ważny przy tym na osiągane wydajności są również kąty nachylenia modułów fotowoltaicznych w stosunku do słońca, gdyż optymalizując go można uzyskać kilka lub nawet kilkanaście procent wyższe przychody.

Mapa nasłonecznienia Polski

Źródło:
PVGIS
Suri M., Huld T.A., Dunlop E.D. Ossenbrink H.A., 2007. Potential of solar electricity generation in the European Union member states and candidate countries. Solar Energy, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/.

Samochód elektryczny

Energia elektryczna staje się coraz ważniejszym źródłem energii potrzebnej do napędzania pojazdów mechanicznych. Pionierem w wykorzystaniu energii elektrycznej w motoryzacji jest firma Toyota, która weszła na rynek samochodowy modelem o napędzie hybrydowym (elektryczno-benzynowy) oznaczonym jako Prius (pierwsze egzemplarze pojawiły się w 1997 roku w Japonii).

Samochód elektryczny

Z kolei jednym z pierwszych samochodów elektrycznych zasilanych z baterii litowo-jonowych jest Tesla Roadster. Pierwsze seryjnie wyprodukowane egzemplarze tego samochodu pojawiły się na ulicach Stanów Zjednoczonych w 2008 roku. Samochód ten może przejechać na jednym ładowaniu ponad 350 km, natomiast czas jednego ładowania to ok. 3,5 godziny. Niestety bateria akumulatorów to dodatkowy ciężar wynoszący prawie 500 kg i jednocześnie jedna z nasłabszych jeśli chodzi o żywotność (ocenia się ją na ok. 160.000 km).

Samochód elektryczny

Jednym z głównych powodów takiej sytuacji jest stale rosnąca cena benzyny oraz ropy naftowej stanowiących do niedawna jedyne paliwo pojazdów samochodowych. Wzrosty cen paliwa wynikają z jednej strony ze stale rosnącego popytu związanego ze wzrostem liczby samochodów jeżdżących pod drogach całego świata, a z drugiej strony z powoli wyczerpujących się jego zasobów. Kto się spodziewał, ża detaliczna cena ropy w ciągu ostanich 30 lat wzrośnie ponad siedmiokrotnie?

Z drugiej strony jednym z elementów sprzyjających rozwojowi e-samochodu jest coraz powszechniej stosowana fotowoltaika, którą doskonale można wykorzystać do ładowania samochodów elektrycznych.
Przy takich trendach cenowych można się zastanawiać kiedy liczba samochodów posiadających napęd elektryczny przekroczy liczbę samochodów spalinowych (czy nastąpi to po 10, a może po 20 latach).

Faktem jest, że większość koncernów motoryzacyjnych na świecie inwestuje olbrzymie pieniądze w ten rodzaj napędu i w nadchodzących latach można się spodziewać prawdziwej rewolucji motoryzacyjnej.

Samochód elektryczny

SolarWordGT jest samochodem napędzanym wyłącznie za pomocą energii słonecznej. Pojazd powstał w Wyższej Szkole w Bochum, gdzie studenci od 1999 roku prowadzą prace nad tym projektem.
Pojazd waży 260 kg i może osiągnąć prędkość maksymalną 120 km/h. Zasób energii zgromadzonej w akumulatorach – ładowanych za pomocą energii słonecznej padającej na dach samochodu – wystarcza na przejechanie dystansu 275 km. Jeżeli przeliczymy zapotrzebowanie na energię na zużycie benzyny to przy prędkości 50 km/h samochód zużywa zaledwie 0,2 l/100 km. W praktyce większość samochodów elektrycznych posiada akumulatory ładowane za pomocą źródła prądu elektrycznego.

Samochód elektryczny

Car Port – podwójna funkcja garażu samochodowego.

Jedną z funkcji garażu samochodowego /and. Car port/ może być stacja służąca do ładowania samochodu elektrycznego podczas jego parkowania. Ponieważ samochód elektryczny zwykle więcej czasu spędza na parkingu niż w podróży, dlatego energia płynąca prosto ze słońca jest w stanie „za darmo” uzupełnić jego akumulatory.

Stacje ładowania samochodów elektrycznych są to instalacje fotowoltaiczne zamontowana na dachach garaży lub miejsc parkowania samochodów.

Najczęściej instalacja taka posiada 2 – 5 kW (w zależności od wielkości Car portu) i z jednej strony stanowi źródło energii elektrycznej zasilającej samochód elektryczny (ładującej akumulatory), a z drugiej strony spełniają one rolę zadaszenia dla parkowanego samochodu.

Rozwiązania takie znajdują coraz większe zastosowania w Europie i szczególnie są polecane dla osób pokonujących nie więcej niż 100 km dziennie (naładowana bateria akumulatora pozwala na przejechanie nawet do 300 km).

Car Port

Car port może spełniać dwie funkcje:
ochrona samochodu przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi (grad, deszcz, śnieg),
– źródło przychodów związanych z wytwarzaniem energii elektrycznej (na potrzeby ładowania samochodu elektrycznego lub wykorzystania na potrzeby gospodarstwa domowego lub/i do sprzedaży).

Oczywiście Car port nie musi być wykorzystany wyłącznie do garażowania samochodów elektrycznych, gdyż dzięki uniwersalności rozwiązań związanych z przetwarzaniem energii elektrycznej z fotowoltaiki może ona być zużyta albo w gospodarstwie domowym, albo też może zostać odsprzedana.

Car port może być wykonany w wersji drewnianej lub metalowej (stal nierdzewna, stal ocynkowana lub aluminium). Oczywiście w tym drugim przypadku koszt wykonania Car port-u będzie wyższy, jednakże trwałość i niezawodność będzie również zdecydowanie wyższa (szacuje się, że wersja drewniana kosztuje min. 1,6 – 1,8 EUR/Wp, natomiast wersja metalowa min. 2,2 EUR/Wp i można na niej zmieścić instalację fotowoltaiczną o mocy ok. 2 – 2,5 kWp).

Car Port

Solarne ładowarki akumulatorków

Ładowanie akumulatorków NiMH może się odbywać za pomocą ładowarek solarnych. Ładowanie akumulatorków bezpośrednio z sieci energetycznej można zrealizować w ciągu 2-3 godzin, jednakże przy ładowaniu energią słoneczna trzeba poczekać na ich pełne naładowanie znacznie dłużej (nawet do 20 godzin). W tym drugim przypadku jesteśmy jednak niezależni od miejsca i ładowanie może się odbywać nawet w czasie wakacji spędzanych pod namiotem, bez dostępu do sieci energetycznej.

Solarne ładowarki akumulatorków