Dom energooszczędny

Budowa domu jest olbrzymim wyzwaniem dla każdego inwestora, zarówno organizacyjnym, jak i finansowym.

Każda inwestycja związana z budową domu to oczywiście konieczność poniesienia określonych nakładów inwestycyjnych, których wysokość zależy od przyjętych rozwiązań, a w szczególności od zastosowanych materiałów i technologii.

Po zakończeniu inwestycji największe koszty eksploatacyjne stanowi ogrzewanie, dlatego dobór materiałów i technologii ma olbrzymie znaczenie na wysokość obciążań w przyszłości. Niestety nie każdy inwestor przymierzający się do budowy, czy też modernizacji domu bierze pod uwagę wszystkie czynniki które są istotne na późniejszym etapie jego użytkowania.

Dom energooszczędny

W motoryzacji możemy dokonać porównania różnych samochodów na podstawie zużycia paliwa i podobnie można usystematyzować budynki mieszkalne, które w zależności od klasy energetycznej wymagają od nas różnego wkładu energetycznego niezbędnego do:
– ogrzania domu,
– wytworzenia ciepłej wody użytkowej.

Również klasa energetyczna głównych odbiorników energii elektrycznej, czy lokalizacja budynku wględem słońca wpływają na końcowy bilans energetyczny budynku .

Dom energooszczędny

W praktyce najprostszą matodą oceny budynku jest przeprowadzenie pomiarów zużycia energii niezbędnej na różne cele eksploatacyjne (najdokładniejsze wyniki można uzyskać zużywając celów ogrzewania domu i wody grzewczej za pomocą energii elektrycznej – wynika wprost ze zużycia rocznego energii elektrycznej podzielnej przez pole powierzchni użytkowej budynku).

Ponadto poprawę bilansu energetycznego i obniżenie kosztów eksloatacyjnych można uzyskać dzięki zastosowaniu różnych technologii OZE, a w szczególności:
– elektrowni fotowoltaicznej,
– pomp ciepła,
– kolektorów grzewczych,
– biogazowni.

Dom energooszczędny

Jeśli przyjmiemy, że obecne przepisy prawa budowlanego określają wymagania w zakresie energochłonności budynków mieszkalnych na poziomie min. 120 kWh/m2 (w skali roku) i nasz budynek posiada 100 m2, to każdorazowe zejście z rocznym zużyciem o 10kWh daje nam oszczędności na pozionie 5-10% wartości kosztów eksploatacyjnych w skali roku. Przy wyższych różnicach w zakresie energooszczędności oszczędności mogą sięgnąć nawet kilku tysięcy złotych rocznie. Oczywiście dla gazu czy węgla bezwzględne wartości oszczędności będą dużo niższe, jednakże przy stale rosnących cenach paliw technologie energooszczędne pozwolą na unikanie wzorstów obciążeń budżetu domowego. Takie też są tendencje występujace przy wymaganiach prawnych stosowanych dla nowych budynków (dopuszczalny poziom energochłonności będzie spadał).

Również kupując budynek mieszkalny na rynku wtórnym warto zainteresować się jego klasą energetyczną, gdyż podobnie jak przy budowe nowego wydając kilka, może kilkanaście procent więcej będziemy mieli duże oszczędności podczas późniejszej jego eksploatacji.

Dom energooszczędny

Posted in Energooszczędność | Tagged , , , | Możliwość komentowania Dom energooszczędny została wyłączona

Śledzenie punktu MPP (MPP tracking)

Maksimum Power Point (MPP) jest optymalnym punktem pracy zarówno pojedynczego modułu, jak również poszczególnych stringów składających się na instalację fotowoltaiczną i cechuje go najwyższa moc dla danych warunków pracy układu.

Po podpięciu stringu (ciągu modułów fotowoltaicznych) do wejścia inwertera automatycznie dobiera on optymalny punkt pracy układu (w praktyce sprowadza się to do dobrania określonej wartości prądu i napięcia pracy, które powinno dążyć do wartości MPP – maksymalizacja uzysku).

Śledzenie punktu MPP

Dostosowanie się inwertera do systemu fotowoltaicznego określane jest w praktyce śledzeniem punktu MPP (TPP Tracking) i ma duży wpływ na wydajność instalacji fotowoltaicznej.

W przypadku podłączenia modułów fotowoltaicznych posiadających bardzo różniące się moce instalacja fotowoltaiczna nie będzie pracowała w optymalnych warunkach i tym samym energia produkowana przez układ będzie daleka od oczekiwań. W takiej sytuacji inwerter będzie dopasowywał się do najsłabszych modułów podłączonych do niego w jednym ciągu – stringu (lepsze moduły, o większych wartościach prądu, będą stanowiły dla nas stratę).

Dlatego też, każdy inwerter ma 2 lub nawet 3 wejścia aby możliwe było podłączenie do niego modułów o zbliżonych parametrach elektrycznych.

Podobna sytuacja ma miejsce również w przypadku częściowego zacienienia instalacji fotowoltaicznej (część instalacji fotowoltaicznej okresowo zacienianą warto podłączyć do niezależnego wejścia inwertera i tym samym warto ją również wydzielić jako część instalacji fotowoltaicznej pracującej niezależnie).

Śledzenie punktu MPP

Bardzo ważnym elementem przy zakupie i późniejszym projektowaniu instalacji fotowoltaicznej jest posiadanie szczegółowych parametrów pracy modułów (każdy moduł fotowoltaiczny cechują różne parametry pracy, w szczególności w punkcie MPP), które będą pomocne przy optymalizacji warunków pracy całej instalacji fotowoltaicznej.
Podczas zakupu modułów fotowoltaicznych warto domagać się od sprzedawcy przedstawienia szczegółowej listy parametrów elektrycznych modułów fotowoltaicznych, tak aby podczas ich montażu wydzielić słabsze moduły i ewentualnie podłączyć je w postaci niezależnego stringu.

Tym samym podłączając moduły w szereg warto wziąć pod uwagę parametry ich pracy gdyż to ile energii wyprodukuje nasza elektrownia zależy zarówno od sposobu wykonania jak i od sposobu zaprojektowania instalacji fotowoltaicznej.

Śledzenie punktu MPP

Posted in Energia słoneczna, Fotowoltaika, Inwerter fotowoltaiczny, podłączeni instalacji fotowoltaicznej | Tagged , , , , , | Możliwość komentowania Śledzenie punktu MPP (MPP tracking) została wyłączona

Fotowoltaiczne systemy nadążne

Nadążne systemy fotowoltaiczne (ang. solar tracking systems) są jednym z rozwiązań pozwalających na zwiększenie uzysków energii elektrycznej osiąganych z instalacji fotowoltaicznych.

Korzyści wynikające z zastosowania fotowoltaicznych systemów nadążnych związane są z możliwością nakierowania powierzchni aktywnej modułów fotowoltaicznych na wiązkę promieniowania słonecznego (niesie ona ze sobą prawie 90 % całkowitej energii, natomiast reszta jest to promieniowanie dyfuzyjne). W praktyce tylko o godzinie 12:00 pokrywają się uzyski elektrowni fotowoltaicznej stacjonarnej i wykonanej wsystemie nadażnym (system nadążny stara się maksymalizować uzysk dla każdej pory dnia).

Fotowoltaiczne systemy nadążne

W praktyce najczęściej stosuje się dwa rodzaje systemów nadążnych:
jednoosiowe, w których panele fotowoltaiczne nachylane są automatycznie lub ręcznie względem osi pionowej (w praktyce uzyskujemy dopasowanie nachylenia powierzchni modułu fotowoltaicznego do położenia słońca). W praktyce system jednoosiowy umożliwia zwiększenie uzysku do max. 30 % w stosunku do systemu stacjonarnego.
dwuosiowe, w których panele fotowoltaiczne poruszane są w dwóch osiach dążąc do ustawiania ich powierzchni pod kątem 90 w stosunku do osi promieni słonecznych. W praktyce system dwuosiowy umożliwia zwiększenie uzysku do max. 35 – 40 % w stosunku do systemu stacjonarnego.

Fotowoltaiczne systemy nadążne

Systemy nadążne mogą pracować „on-line”, na żywo mierząc natężenie promieniowania słonecznego i jednocześnie wyszukując położenie w którym występuje najwyższe natężenie promieniowania słonecznego (wymagają zastosowania miernika natężenia promieniowania słonecznego).
Z drugiej strony występują systemy, które mają z góry zaprogramowane położenie paneli fotowoltaicznych, zależne od pory roku i pory dnia (realizowane na podstawie obliczeń).

Fotowoltaiczne systemy nadążne

Jako napęd do przemieszczania konstrukcji nośnej paneli fotowoltaicznych najczęściej wykorzystuje się liniowe napędy elektryczne (niezależny dla każdej osi).

System nadążny wymaga podłączenia zasilania elektrycznego, które może być realizowane za pomocą niezależnego źródła zasilania pochodzącego z zewnętrznej sieci energetycznej lub może być zrealizowane za pomocą ukladu zasilającego składającego się z dodatkowego panelu fotowoltaicznego.

W zależności od wykonania koszt systemu nadążnego jest porównywalny do systemu stacjonarnego (uwzględniając wzrost przychodów w porównianiu do systemu stacjonarnego).
Wartość inwestycji wzrasta o min. 30 %, co przy zwiększonych uzyskach pozwala pozostać na podobnym poziomie wartości inwestycji w stosunku do zainstalowanej mocy. Dlatego systemy nadążne warto stosować w sytuacjach kiedy chcemy maksymalizować uzysk, przy występowaniu ograniczeń powierzchniowych.

Niestety systemy nadążne z uwagi na ich skomplikowanie mają zdecydowanie wyższe koszty eksploatacji, głównie związane ze zwiększonymi nakładami na serwis i naprawy.

Fotowoltaiczne systemy nadążne

Posted in Fotooltaiczne systemy nadążne | Tagged , , , | Możliwość komentowania Fotowoltaiczne systemy nadążne została wyłączona

Elektrownia wiatrowa

Wiatr obok słonca jest drugim bardzo istotnym źródłem energii odnawialnej, dostępnym praktycznie dla każdego mieszkańca naszej planety.

Powstawanie wiatru nierozłącznie związane jest z obracaniem się kuli ziemskiej wokół swojej osi (wpływ ma również występowanie różnic temperatur ziemi, powietrza i wody) .

Elektrownia wiatrowa

Jednym z ważniejszych elementów który należy wziąć pod uwagę podczas planowania inwestycji w energetykę wiatrową jest lokalizacja i związana z tym średnioroczną prędkość wiatru (na różnych wysokościach).

Dlatego najczęściej w ramach prac przygotowawczych przeprowadza się badanie lokalizacji mierząc na przestrzeni określonego czasu (najczęściej 12 miesięcy) średnioroczną prędkość wiatru.

Oceniając lokalizację elektrowni wiatrowej warto również zbadać otoczenie:
– czy lokalizacja nie znajduje się w dolinie (zwykle prędkość wiatru jest niższa o ok. 10 – 15 %),
– czy lokalizacja znajduje się na terenie zalesionym (zwykle prędkość wiatru jest niższa o ok. 4 – 9 %),
– w terenie zabudowanym zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest instalacja wiatraków pionowych (występowanie turbulentych prądów powietrznych oraz niskich prędkości wiatru).

Elektrownia wiatrowa

Planując małą elektrownię wiatrową również warto przeprowadzić badania lokalizacyjne, wykorzystując do tego celu niskokosztowe stacje meteorologiczne .

Prędkość wiatru nierozłącznie związana jest z wysokością na której ją mierzymy (im wyżej tym większa prędkość wiatru). Dlatego warto wziąć pod uwagę również ten element podczas przeprowadzania prac planistycznych (przy komercyjnych projektach pomiary prowadzi się na wysokościach znacznie powyżej 100, gdyż takie wysokości osiągają nowoczesne elektrownie wiatrowe o mocach 2 – 5 MW).

elektrownia wiatrowa

Podczas wyboru wiatraka należy zwrócić uwagę na wartość minimalnej prędkości wiatru, przy której wiatrak zaczyna się kręcić. Większość wiatraków poziomych przestaje produkować energię elektryczną przy prędkościach wiatru poniżej 2 m/s. Jdnocześnie wiatraki poziome są w stanie wyprodukować 2-3 razy więcej energii elektrycznej niż pionowe, głównie z uwagi na ogranicznia wysokości montażu oraz sprawności tych drugich.

Porównując średnioroczne prędkości wiatru osiągane dla naszej lokalizacji będziemy w stanie ocenić sensowność inwestowania. Również planowanie przestrzenne, plany rozbudowy sieci elektroenergetycznej czy też otoczenie mogą być przeszkodą podczas budowania elektrowni wiatrowej (plan zagospodarowania przestrzennego, procedury administracyjne, warunki przyłączenia do sieci).

Elektrownia wiatrowa

Zwykle oczekiwany uzysk energii wytworzonej przez elektrownię wiatrową liczony w godzinach pracy przy mocy znamionowej w ciągu roku wynosi ok. 2.000 godzin (rok ma 24 x 365 = 8.750 godzin), przy czym zdarzają się lokalizacje o uzysku wynoszącym ponad 3.000 godzin (szczególnie lokalizacje „off shore„, czyli morskie, w odróżnieniu od lokalizacji „on shore” czyli lądowych). Ponadto średnioroczna prędkość wiatru dla lokalizacji przeznaczonej na elektrownię wiatrową powinna być nie mniejsza niż 5,5 – 5,75 m/s, na wysokości 100 – 140 m (warunek ten dotyczy elektrowni komercyjnej).

Produkcja energii elektrycznej z wiatru doskonale uzupełnia produkcję energii elektrycznej ze słońca. Najwięcej energii z wiatru możliwe jest do osiągnięcia w okresie jesienno-zimowym, oraz jeśli chodzi o porę dnia to zdecydowanie więcej energii uzyskujemy energii elektrycznej w nocy. Dlatego w celu złagodzenia różnic występujących w wyniku niedoboru energii elektrycznej wytwarzanych z różnych źródeł bardzo często stosuje się elektrownie hybrydowe (fotowoltaiczne, wiatrowe, uzupełnione magazynowaniem energii elektrycznej).

Elektrownia wiatrowa

Posted in Elektrownia wiatrowa, OZE | Tagged , , , , , , | Możliwość komentowania Elektrownia wiatrowa została wyłączona

Wentylacja

Coraz częściej stosujemy nowoczesne systemy izolacyjne, wymieniamy okna i drzwi tworząc system zamknięty dla otoczenia zewnętrznego. Wszystko to sprawia, że często zapominamy o konieczności zapewnienia właściwej wentylacji, a to ona jest warunkiem dobrego samopoczucia i zdrowia mieszkańców.

Normy budowlane mówią o konieczności wymiany powietrza w pomieszczeniach, w których przebywają ludzie (przynajmniej jednokrotnej w ciągu dnia). Jest to związane z jednej strony z koniecznością dostarczenia świeżego powietrzna do wszystkich pomieszczeń, a z drugiej strony ma na celu usunięcie z naszych domów niebezpiecznych związków, które stale są wydzielane z różnych przedmiotów powszechnego użytku, ze ścian budynku, mebli itp. Bardzo często przedmioty te zawierają szkodliwe substancje organiczne i nieorganiczne, których szybkość wydzielania wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i które w dłuższym okresie mogą wywoływać różne choroby (w szczególności nowotworowe).

Wentylacja

Z drugiej strony brak wymiany powietrza bardzo często prowadzi do powstawania w pomieszczeniach grzybów i pleśni. Przy długotrwałym przekroczeniu wilgotności powietrza w pomieszczeniach ponad 70 % występuje zwiększone ryzyko powstawania pleśni oraz grzybów. Tym samym aby skutecznie z nimi walczyć niezbędne jest utrzymywanie wilgotności powietrza w pomieszczeniach w zakresie 40 – 60%. Jednym z narzędzi służących do obniżenia wilgotności pomieszczenia jest zastosowanie rekuperacji, natomiast drugim to wykorzystanie osuszacza powietrza. Zarówno w pierwszym, jak i w drugim przypadku musimy liczyć się z dodatkowym zużyciem energii elektrycznej przez te urządzenia (moc na poziomie 100-200 W).

Wentylacja

Wentylacja może mieć różną formę w szczególności może być wykonana jako:
wentylacja grawitacyjna, która pozwala w naturalny sposób na wymianę powietrza w domu (stosując wyciąg powietrza, dopływ następuje przez specjalnie wykonane kratki lub okucia rozszczelniające). W okresie zimowym system ten wymaga zwiększonego grzania pomieszczeń, z uwagi na straty ciepła wywoływane przez wprowadzane z zewnątrz zimne powietrze.
wentylacja z odzyskiem ciepła (rekuperacja) – dzięki zastosowaniu wymiennika ciepła możliwe jest odzyskanie nawet do 70% energii cieplnej opuszczającej dom. Odzysk ciepła w przypadku spadku temperatur zewnętrznych poniżej 10 stopni Celcjusza staje się stosunkowo mało skuteczny. Dodatkowo systemy wentylacji z odzyskiem ciepła bardzo często wyposażone są w filtry powietrza, które wyłapują pyłki i smog – występujący w dużej ilości w okresie zimowym – przed wprowadzeniem powietrza do pomieszczenia.

Prawidłowa wentylacja pomieszczeń zwiększa komfort życia i może mieć duży wpływ na zmniejszenie zachorowalności mieszkańców. Jest to inwestycja, która bardzo szybko się spłaca i tym samym warto o niej pamiętać zarówno podczas remontu istniejącego budynku, jak i budowy zupełnie nowego domu.

Wentylacja

Posted in Oszczędność energii, Wentylacja | Tagged , , , | Możliwość komentowania Wentylacja została wyłączona

Finansowanie inwestycji OZE

Każda inwestycja, również związana z budową instalacji OZE, wymaga posiadania kapitału własnego lub uzyskania źródła finansowania. W tym drugim przypadku mogą występować różne źródła kapitału (m.in. banki, instytucje finansowe, fundusze), przy czym podstawowym warunkiem podjęcia rozmów w tej sprawie jest posiadanie wiarygodnego biznes planu, który w wiarygodny sposób będzie w stanie pokazać wielkość przychodów generowanych przez instalację OZE w dłuższym horyzoncie czasowym. Koszty z kolei dzielą się przede wszystkim na dwie grupy:
koszty inwestycji (budowa instalacji OZE wraz z systemem nadzoru oraz przyłączenia do sieci elektroenergetycznej)
koszty operacyjne funkcjonowania instalacji OZE (podatki, opłaty, remonty, nadzór, koszty materiałów podstawowych).

Określenie kosztów operacyjnych możliwe jest do wykonania ze stosunkową dużą dokładnością, natomiast wielkość przychodów zależy od systemu wynagradzania za wyprodukowany przez instalację OZE prąd elektryczny.

Finansowanie inwestycji OZE

Na wynik finansowy producenta energii ze źródeł odnawialnych duże znaczenie ma również stopień wykorzystania energii wytworzonej z tego źródła (ile godzin w roku źródło energii odnawialnej będzie w stanie produkować i sprzedawać energię elektryczną do sieci elektroenergetycznej).

W Europe istnieją trzy zasadnicze systemy wynagradzania producentów energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych:
system taryf stałych energii elektrycznej tzw. „feed in tarif” – (obowiązuje na określony okres przy stałej cenie energii elektrycznej sprzedawanej w tym okresie i może ulegać dopasowaniu wraz ze zmianą osiąganej wartości celów produkcji energii elektrycznej z OZE). System „feed in tarif” musi mieć stworzone źródło stałego pokrywania różnicy kosztów energii elektrycznej w stosunku do poziomu taryfy stałej (przez cały okres finansowania) i najczęściej różnica ta ponoszona jest przez odbiorcę energii elektrycznej. System jest mało elastyczny, jednakże korzystny zarówno dla inwestora, jak również dla instytucji finansującej (gwarantuje stały poziom przychodów).
system zielonych certyfikatów – bazujący na obowiązku korzystania przez uczestników rynku energii (producentów, operatorów sieci lub konsumentów) z odnawialnych źródeł energii elektrycznej na z góry określonym poziomie. Obok poziomu udziału energii odnawialnej funkcjonują również certyfikaty pochodzenia energii ze źródeł odnawialnych, które producenci zielonej energii mogą sprzedawać na rynku energii (uzyskując w ten sposób wsparcie finansowe). System wymaga ciągłego nadzoru i niesie ze sobą duże ryzyko dla instytucji finansującej oraz inwestora (mogą wystąpić okresowe problemy z płynnością z powodu nagłego spadku wartości zielnych certyfikatów).
system dopłat do inwestycji OZE – ceny energii elektrycznej ustalane są przez rynek, natomiast inwestor otrzymuje dopłatę do budowy instalacji OZE w formie dotacji (koszty operacyjne musi pokrywać z bieżących przychodów). System ten w najmniejszym stopniu wpływa na wzrost kosztów energii elektrycznej, a jego źródłem finansowania mogą być kapitał własny oraz dotacje wynikające z korzystania ze środowiska lub dotacje pochodzące od uczestników rynku. Dzięki ograniczeniom rocznej sumy dopłat system pozwala na doskonały nadzór nad rozwojem rynku (oraz na ewentualne szybkie korekty celów). Wysokie obciążenia fiskalne oraz cena rynkowa energii będąca głównym przychodem mogą bardzo znacząco wpływać na poziom rentowności oraz okres zwrotu inwestycji OZE.
system zwolnień podatkowych oraz ulg – obejmuje zwolnienia z płacenia różnych podatków oraz odciężenie inwestora z konieczności ponoszenia kosztów prowadzenia pełnej dzialalności gospodarczej. Najczęściej towarzyszy jednemu z wyżej wymienionych systemów, którego jest tylko uzupełnieniem.

Finansowanie inwestycji OZE

W zależności od polityki energetycznej i środowiskowej krajów wdrażających system finansowania instalacji OZE oraz od posiadanych zasobów możliwe jest dopasowywanie poziomu wsparcia wraz ze zmianą sytuacji na rynku energii elektrycznej. Ponadto różne źródła energii odnawialnej mogą mieć różne poziomy oraz formę dopłat, co może przekładać się na różną stopę zwrotu (czy to w formie stawek płaconych za wyprodukowaną energię elektryczną, czy też wynikających z różnego poziomu dopłat do inwestycji).

System wsparcia instalacji OZE jest niezbędny z uwagi na wielkość działalności gospodarczej, ponieważ koszty stałe prowadzenia działalności są stosunkowo wysokie w stosunku do mocy i jednocześnie przychodów uzyskiwanych z takiej instalacji (w porównaniu do energetyki konwencjonalnej).

Finansowanie inwestycji OZE

Posted in cena enegii, finansowanie OZE, koszty wytworzenia | Tagged , , , , , | Możliwość komentowania Finansowanie inwestycji OZE została wyłączona

Energia słoneczna

Słońce jest kulą zjonizowanego gazu składającego się głównie z gazów lekkich wodoru (74%) i helu (24 %), która emituje w przestrzeń kosmiczną olbrzymie ilości energii (natężenie promieniowania słonecznego wynosi 3,827×1026 W i jest emitowana radialnie).

Energia słoneczna

Do powierzchni ziemi dociera znaczna część energii promieniowania słonecznego, przy czym wielkość ta uzależniona jest od wielu czynników, z których najważniejsze to:
pora roku (wysokość słońca nad horyzontem i tym samym kąt padania promieni słonecznych na powierzchnię modułu fotowoltaicznego),
długość drogi promieniowania słonecznego jaką musi przejść przez atmosferę ziemską ,
zachmurzenie (w tym również wilgotność).

Gdyby nie było chmur i powietrza w atmosferze ziemskiej, wtedy do każdego miejsca na ziemi – zlokalizowanego pod określonym kątem do promieni słonecznych – docierała by taka sama wartość energii. Po drodze do Ziemi promieniowanie słoneczne ulega jednak znacznemu osłabieniu w związku z występowaniem gazów oraz cząstek stałych w atmosferze ziemskiej oraz z uwagi na zjawisko odbicia, pochłaniania oraz rozproszenia promieniowania słonecznego.

Energia promieniowania słonecznego docierająca do ziemi może być przetworzona na inne rodzaje energii (najczęściej cieplna i elektryczna). Skuteczność przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energie elektryczną wynosi:
moduły fotowoltaiczne (14- 20 % – dla krzemu Si),
kolektory grzewcze (min. 45-50 % i zależy m.in. od rodzaju kolektora, warunków zewnętrznych oraz od rodzaju zastosowanego czynnika).

Energia słoneczna
W przypadku modułów fotowoltaicznych, w zależności od rodzaju zastosowanego materiału półprzewodnikowego, energia promieniowania słonecznego będzie przetwarzana na energię elektryczną w różnym zakresie widmowym. Dla krzemu (Si) wartością graniczną jest fala elektromagnetyczna o długości 1100 nm (energią 1,1eV), która odpowiada za uwolnienie elektronu z ostatniej powłoki krzemu. Oczywiście fala elektromagnetyczna o długościach krótszych również pracuje przy krzemie jako, że niesie ze sobą wyższą energię promieniowania od energii uwolnienia elektronu z ostatniej powłoki atomu Krzemu (Si) – promieniowanie słoneczne pracuje w szerokim zakresie długości fali od 200 – 1100 nm i obejmuje ultrafiolet, promieniowanie widzialne oraz część zakresu podczerwieni.

Jednym z ważniejszych czynników wpływających na osłabienie natężenia promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi jest atmosfera ziemska na którą składają się gazy, pyły oraz para wodna.

Największa energia promieniowania słonecznego dociera prostopadle do powierzchni ziemi, czyli w rejonie równika, gdzie występuje najkrótsza droga promieniowania słonecznego przebiegająca przez atmosferę ziemską.
Kąt nachylenia promieniowania słonecznego do powierzchni ziemi zmienia się również wraz z porą rokuzimą dla dowolnej lokalizacji zlokalizowanej na terenie Polski słońce znajduje się dużo niżej na horyzoncie i tym samym max. natężenie promieniowania słonecznego jakie dociera do Ziemi wynosi max. 500 W/m2, natomiast w okresie letnim promieniowanie słoneczne może nieść ze sobą energię wyższą niż 1000 W/m2 (słońce wtedy jest najwyżej i najdłużej na horyzoncie).

Słońce jest niewyczerpalnym źródłem energii, która dociera do ziemi i którą warto zagospodarować również na potrzeby pojedynczych gospodarstw domowych. Jest to energia która na początku wymaga dokonania inwestycji i później korzystamy z niej przez okres kilkudziesięciu lat (ponosząc tylko niewielkie koszty związane z utrzymaniem instalacji – zarówno fotowoltaicznej jak i grzewczej).

Energia słoneczna

Posted in Energia słoneczna, Energia słońca, Fotowoltaika | Tagged , , , , , , , | Możliwość komentowania Energia słoneczna została wyłączona

Krzem w fotowoltaice

Krzem jest pierwiastkiem, którego udział w skorupie ziemskiej stanowi ok. 26%. Jest to główny czynnik decydujący o tym, że ponad 90 % wszystkich produkowanych modułów fotowoltaicznych na świecie wykonana jest z jego udziałem (amorficzne, polikrystaliczne oraz monokrystaliczne). Innym czynnikiem decydującym o tak dużym rozpowszechnieniu krzemu w produkcji modułów fotowoltaicznych jest dojrzałość technologii produkcji, która dzięki efektowi skali pozwala na obniżenie kosztów produkcji.

Krzem w fotowoltaice

Krzem jest pierwiastkiem o liczbie atomowej 14 i posiada własności półprzewodnikowe. W przypadku fotowoltaiki krzem domieszkowany jest Borem (B) oraz Fosforem (P) w celu poprawy własności półprzewodnikowych. Płytka krzemowa w fotowoltaice stanowi odpowiednik diody półprzewodnikowej stosowanej w elektronice (właściwości fotodiody, dla której wzrost prądu następuje wraz ze wzrostem natężenia światła padającego na płytkę krzemową).

Krzem wykorzystywany jest zarówno w produkcji elektroniki (stosuje się krzem o czystości min. 9N), jak również w fotowoltaice (czystość 6 – 8 N). Czystość krzemu ma zasadniczy wpływ na osiągane moce modułów fotowoltaicznych, a dodatkowo w dużej mierze determinuje żywotność modułów fotowoltaicznych.

Podczas produkcji bloków krzemowych mono i polikrystalicznych wykorzystuje się procesy metalurgiczne, które są najbardziej energochłonnymi w całym procesie technologicznym produkcji modułów fotowoltaicznych.

Krzem w fotowoltaice

W czasie całego procesu produkcji modułów fotowoltaicznych musimy dostarczyć energię, która odpowiada ok. 20 % energii możliwej do uzyskania podczas późniejszej pracy instalacji fotowoltaicznej.Jest to możliwe dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu, który sprawia, że aktualnie powszechnie stosowane grubości płytek krzemowych wynoszą 0,18 – 0,2 mm – płytki krystaliczne. Warstwy amorficzne posiadają jeszcze mniejszą grubość (1 – 5 mikrometrów) i tym samym koszt energii i krzemu niezbędny do ich wytworzenia jest dużo niższy niż w technologii krystalicznej.

Wartym podkreślenia jest fakt, że przy produkcji ingotów monokrystalicznych najczęściej wykorzystuje się technologię opracowaną na początku 20 wieku przez polskiego uczonego Jana Czochralskiego. Polega ona na stopieniu krzemu w pojemniku, z którego następnie wyciągany jest monokryształ Si w postaci okrągłego walca. Przy produkcji polikryształów Si również pierwszym etapem jest stopienie krzemu, który następnie krzepnie z kontrolowaną szybkością tworząc bloki krzemowe polikrystaliczne (zwane ingotami).

Z tak powstałych ingotów poprzez cięcie najczęściej drutem powstają cienkie płytki krzemowe zwane waflami (ang. Wafer). Następnie następuje domieszkowanie górnej i dolnej warstwy wafera odpowiednio borem i fosforem oraz nanoszenie na górnej warstwie ścieżek przewodzących prąd elektryczny (stop srebra).

Krzem krystaliczny ma kolor stalowy, jednakże płytki krzemowe stosowane w fotowoltaice posiadają barwę niebieska, którą uzyskuje się w wyniku azotowania (azotowanie podnosi skuteczność pochłaniania promieniowania słonecznego i tym samym wydajność płytki krzemowej).

Drugim bardzo ważnym pierwiastkiem wykorzystywanym podczas produkcji płytek krzemowych jest srebro, które występuje w stopach cynowo-ołowiowych w formie ścieżek przewodzących prąd elektryczny (wytworzony w płytce krzemowej).
Pojedyncza płytka krzemowa jest w stanie wygenerować prąd elektryczny rzędu 8 [A] – oczywiście przy odpowiednich warunkach nasłonecznienia.

Podstawową zasadą fizyki wykorzystywaną w fotowoltaice jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne – bazujące na teorii kwantów opracowanej przez Alberta Einsteina.

Krzem w fotowoltaice

Posted in Fotowoltaika, krzem | Tagged , , , , , , , , , | Możliwość komentowania Krzem w fotowoltaice została wyłączona

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej

Instalacja fotowoltaiczna na budynku nie zwiększa ryzyka wystąpienia wyładowania atmosferycznego, jednakże w przypadku zaistnienia takiej sytuacji brak odpowiednich zabezpieczeń może spowodować bardzo wysokie szkody (zarówno w samej instalacji fotowoltaicznej, budynku jak i w urządzeniach korzystających z prądu generowanego przez nią).

Fotowoltaiczne instalacje uziemiające składają się z dwóch podstawowych elementów:
uziemienie zewnętrzne – wykonane z masztów uziemiających oraz przewodów uziemiających umieszczonych na obrzeżach dachu i mających za zadanie „wyłapanie” przepięcia związanego z wyładowaniem atmosferycznym i odprowadzenie całej energii wyładowania do ziemi.
uziemienie wewnętrzne – na które składają się przewody wyrównujące potencjał instalacji fotowoltaicznej oraz instalacji elektroenergetycznej budynku którego zadaniem jest zapobiegnięcie występowaniu przepięć. Ramy aluminiowe modułów fotowoltaicznych powinny zostać ze sobą podłączone przewodami uziemiającymi jeśli tylko konstrukcja wsporcza modułów nie gwarantuje wyrównania potencjałów między nimi (każda rama fotowoltaicznego posiada specjalnie wykonane otwory uziemiające służące do tego celu).

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej

W przypadku budynku nie posiadającego zewnętrznej instalacji uziemiającej niezbędne jest wykonanie uziemienia wewnętrznego – instalacji wyrównawczej potencjałów (konstrukcji modułów), która powinna być wykonana z przewodu miedzianego o przekroju min. 6 mm2 (całość instalacji uziemienia wewnętrznego najlepiej jest prowadzić na zewnątrz budynku lub w przypadku montażu wewnątrz budynku w odpowiednich kanałach).

Instalacja fotowoltaiczna montowana na budynkach posiadających uziemienie zewnętrzne powinna być wykonana w odpowiedniej odległości od niego (ok. 0,5 m, przy czym każdy przypadek powinien zostać niezależnie przeliczony). W takiej sytuacji instalacja fotowoltaiczna nie jest podłączona do uziemienia zewnętrznego i prąd związany z wyładowaniem będzie przejęty przez to uziemienie. W tym przypadku również niezbędne jest wykonanie uziemienia wewnętrznego – instalacji wyrównującej potencjał przewodem miedzianym o przekroju 6 mm2.

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej

Jeżeli z powodów lokalizacyjnych nie jesteśmy w stanie dotrzymać minimalnych odległości instalacji fotowoltaicznej od uziemienia zewnętrznego budynku, wtedy instalacja fotowoltaiczna (ramy modułów fotowoltaicznych) powinna zostać podłączona do uziemienia zewnętrznego przewodem min. 16 mm2. W takiej sytuacji również instalacja wyrównawcza potencjałów (uziemienie wewnętrzne) powinna być wykonana z przewodu miedzianego o przekroju 16 mm2.

Dodatkowym elementem zabezpieczającym elementy instalacji fotowoltaicznej oraz odbiorniki podłączone do niej jest zastosowanie zabezpieczeń nadnapięciowych (warystorowych) montowanych przed i za inwerterem. Są to oporniki posiadające silną zależność oporu od wielkości przyłożonego napięcia (po przekroczeniu określonej wartości napięcia mają za zadanie odebrać cały prąd, w naszym przypadku związany z wystąpieniem wyładowania i odprowadzić go do ziemi).

Brak uziemienia zewnętrznego instalacji fotowoltaicznej nie musi skutkować problemami z uzyskaniem jej ubezpieczenia (warto jednak sprawdzić w firmie ubezpieczeniowej konieczność posiadania takiego uziemienia) – może wpłynąć na wzrost wartości składki ubezpieczeniowej.

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej może nas zabezpieczyć przed niekorzystnymi skutkami wyładowań atmosferycznych (koszty uszkodzenia instalacji fotowoltaicznej, odbiorników energii elektrycznej oraz ewentualnie pożar instalacji fotowoltaicznej i/lub budynku).

Uziemienie instalacji fotowoltaicznej

Posted in Elementy instalacji fotowoltaicznej, Fotowoltaika, uziemienie instalacji fotowoltaicznej | Tagged , , , , | Możliwość komentowania Uziemienie instalacji fotowoltaicznej została wyłączona

Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltacznej

Konstrukcja wsporcza do której przymocowane są moduły fotowoltaiczne powinna być obliczona na okres pracy conajmniej 20 lat, czyli porównywalnie do okresu pracy instalacji fotowoltaicznej.

Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltacznej

Dlatego konstrukcję wsporczą wykonuję się najczęściej z dwóch rodzajów materiałów : stal nierdzewna lub aluminium. Często te dwa materiały stosowane są zamiennie lub część konstrukcji wykonana jest z aluminium, a część ze stali nierdzewnej.

Rodzaj konstrukcji uzależniony jest od następujących czynników:
warunki atmosferyczne (w przypadku wystąpienia zwiększonego ryzyka wystąpienia opadów śniegu, musi być zwiększona liczba haków mocujących),
miejsce zabudowy (dach płaski, dach skośny, teren otwarty, fasada),
wymagania budowlane (związane z wytrzymałością budynku lub miejsca posadowienia konstrukcji).

Jednym z istotniejszych elementów który należy wziąć pod uwagę przy planowaniu konstrukcji wsporczej pod instalację fotowoltaiczną jest jej obciążalność na wiatr. Dotyczy ona wszystkich rodzajów konstrukcji wsporczej (szkody związane z działaniem niekorzystnych czynników atmosferycznych, w tym związanych z działaniem wiatru, należą do jednych z najczęściej występujących w praktyce). Przy planowaniu instalacji dachowej najczęściej wykonuje się je w odległości ok. 0,3 – 0,5 m od krawędzi dachu z uwagi na występowanie na krawędzi dachu największych obciążeń mechanicznych związanych z wiatrem.

Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltacznej

Następnym elementem który warto wziąć pod uwagę przy montażu modułów do konstrukcji wsporczej są wymagania producenta modułów w zakresie montażu, a w szczególności siły dokręcania uchwytów montażowych (zbyt mocne i nierównomierne dokręcenie uchwytów z czasem może wywołać powstanie wad wewnętrznych modułów, które w późniejszym czasie będą wpływały na spadek wydajności instalacji fotowoltaicznej).

Równie istotnym elementem jest sposób montowania konstrukcji wsporczej do powierzchni dachu. W szczególności warto zwrócić uwagę na montaż instalacji fotowoltaicznej na dachach płaskich, kiedy to z uwagi na stosowanie kotew istnieje podwyższone ryzyko uszkodzenia powierzchni dachu (utrata jego szczelności). W przypadku dachów płaskich można uniknąć kotwienia konstrukcji wsporczej do dachu przez zastosowanie obciążników (bloków betonowych, żużlu, gresu lub obciążników wykonanych z tworzyw sztucznych) – wymagana jest podwyższona obciążalność dachu (śnieg, konstrukcja wsporcza oraz obciążniki). Przeprowadzenie obliczeń statycznych obciążalności dachów płaskich jest praktycznie niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa użytkowania takiej instalacji fotowoltaicznej.

Przy wyborze konstrukcji wsporczej warto zwrócić uwagę na sposób jej mocowania do modułów fotowoltaicznych (nie każda konstrukcja wsporcza pasuje do każdego modułu fotowoltaicznego, dlatego aby uniknąć konieczności wykonania poprawek konstrukcji warto mieć ten element na uwadze).

Kolejnym punktem na który należy zwrócić uwagę przy planowaniu instalacji fotowoltaicznej jest wpływ wzrostu temperatury instalacji na warunki jej pracy, w szczególności:
wzajemne rozmieszczenie modułów umożliwiające kompensację zmian długości ram wraz ze wzrostem lub spadkiem temperatury,
właściwe chłodzenie modułów fotowoltaicznych (element bardzo istotny szczególnie w słoneczne i gorące dni),
właściwa izolacja termiczna powierzchni montażu (w przypadku integracji instalacji fotowoltaicznej z budynkiem).

Równie istotnym i ważnym elementem jest kąt nachylenia instalacji fotowoltaicznej, który ma istotne znaczenie zimą kiedy chcielibyśmy uzyskać efekt samooczyszczenia instalacji (min. kat nachylenia konstrukcji fotoltaicznej wynosi 20 stopni). Z drugiej strony kąt nachylenia instalacji fotowoltaicznej wpływa również na uzyskiwane wydajności instalacji fotowoltaicznej.

Prawidłowy montaż instalacji fotowoltaicznej jest podstawowym warunkiem jej bezawaryjnej i długoletniej pracy. Można zaryzykować stwierdzenie, że co najmniej 50 % sukcesu to prawidłowy montaż instalacji fotowoltaicznej i dlatego warto i należy zwrócić uwagę na to, kto te prace dla nas wykonuje (referencje, certyfikaty).

Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltacznej

Posted in Elementy instalacji fotowoltaicznej, Fotowoltaika, Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltaicznej | Tagged , , , , | Możliwość komentowania Konstrukcja wsporcza instalacji fotowoltacznej została wyłączona