Energia słoneczna jest specyficzną formą energii odnawialnej.doc

Energia słoneczna jest specyficzną formą energii odnawialnej. Wszędzie łatwo dostępna, ale silnie zależna od miejsca na Ziemi, pory dnia i roku. I choć od zawsze była przez ludzi wykorzystywana, to jednak dopiero współczesne technologie, dopasowane do warunków klimatycznych i typu obciążeń energetycznych, umożliwiły jej efektywne pozyskanie i przetwarzanie do celów użytkowych.

Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii emitowany przez Słońce równomiernie we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania słonecznego docierającego ze słońca do ziemi jest tzw. stała słoneczna. Jest ona wartością gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni stratosfery i obecnie wynosi 1,4 kW/m2. W promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni Ziemi wyróżnia się trzy składowe promieniowania:
- bezpośrednie; pochodzi od widocznej tarczy słonecznej
- rozproszone; powstaje w wyniku wielokrotnego załamania na składnikach atmosfery
- odbite; powstaje w skutek odbić od elementów krajobrazu i otoczenia.

 

Mówiąc o energetyce słonecznej trzeba wziąć pod uwagę zarówno rozwiązania instalacyjne, jak i koncepcję architektoniczną budynku, jego ustrój, zastosowane materiały budowlane, lokalizację oraz jego otoczenie. Pozyskiwanie energii słonecznej może się bowiem odbywać dzięki odpowiednio zaprojektowanej bryle budynku i jego otoczeniu.

Istnieją trzy sposoby wykorzystania energii słonecznej.
- zamiana energii promieniowania słonecznego na prąd elektryczny ;
- magazynowanie tej energii w postaci ciepła;
- przemiana tej energii w energię chemiczną i biochemiczną.
 

Największym problemem nie jest pozyskanie tej energii lecz jej zmagazynowanie i wykorzystanie we właściwym czasie.

Za zasadnicze parametry dotyczące magazynowania energii należy uznać:

·         Zasób energii możliwy do zakumulowania w jednostce objętości lub masy

·         Liczbę cykli ładowania i rozładowania magazynu możliwą do zrealizowania

·         Sprawność cyklu określoną jako stosunek ilości energii odebranej z układu do ilości energii do niego doprowadzonej

·         Czas, w którym zmagazynowana energia może być przekazana do użytkownika, oraz czas, w którym może ona być magazynowana

Za ważny parametr pracy należy uznać także temperaturę, w jakiej dany układ (czy sposób) magazynowania może funkcjonować. Dotyczy to prawie wszystkich sposobów akumulacji energii oprócz magazynowania energii mechanicznej, gdzie parametr ten jest mniej istotny.
Należy oczywiście zwrócić uwagę także na następujące warunki:

·         Dopuszczalny całkowity czas ładowania i rozładowania systemu

·         Koszty całkowite i koszty eksploatacji

·         Warunki bezpieczeństwa pracy

·         Problemy ochrony środowiska związane z jednostką magazynującą

Na rynku europejskim istnieje kilka systemów słonecznych wielkogabarytowych, podłączonych do centralnych sieci ciepłowniczych. Niektóre instalacje słoneczne są wyposażone w systemy sezonowego magazynowania energii. Pojawiły się także instalacje demonstracyjne wytwarzające wysokotemperaturowe ciepło technologiczne.

Podstawowym dokumentem politycznym odnoszącym się do energetyki odnawialnej jest "Strategia Rozwoju Energetyki Odnawialnej", opracowana przez Ministerstwo Środowiska i zatwierdzona przez Radę Ministrów 5 września 2000 roku oraz zaakceptowana przez Sejm Rzeczypospolitej 23 września 2001 roku. Dokument ten stwierdza, że udział energii ze źródeł odnawialnych w ogólnym bilansie paliwowo-energe-tycznym w 2000 roku wynosił około 2,5%, natomiast w 2010 roku planowany jest jego wzrost do 7,5% i 14% w roku 2020.
Zgodnie ze scenariuszem rozwoju technologii odnawialnych źródeł energii w roku 2010, przy założeniu ich 7,5% udziału w bilansie energetycznym kraju oraz wysokości niezbędnych dopłat ze środków publicznych przewiduje się, że do roku 2010 zostanie zainstalowane:

·         100 MW kolektorów słonecznych powietrznych, co łącznie z istniejącymi pozwoli na uzyskanie 0,1 % w całkowitym bilansie energetycznym kraju

·         700 MW kolektorów słonecznych cieczowych, co będzie stanowiło 0,9% udziału w bilansie

·         2 MW systemów fotowoltaicznych.

W Strategii dotyczącej energetyki słonecznej stwierdzono, że w Polsce istnieje duży potencjał technicznego wykorzystania energii promieniowania słońca, szacowany na około 1 340 PJ, jednak jego eksploatacja ze względu na nierówny rozkład w cyklu rocznym jest utrudniona, zwłaszcza w okresie zimowym. Ponadto koszt wytwarzania energii cieplnej przez kolektory słoneczne cieczowe oraz ogniwa fotowoltaiczne jest stosunkowo wysoki, szczególnie w porównaniu z najwyższymi w Polsce cenami energii uzyskiwanej przez instalacje wykorzystujące paliwa kopalne. Natomiast kolektory słoneczne powietrzne wykazują się kosztami produkcji energii niższymi lub porównywalnymi z kosztami zastępowanych konwencjonalnych nośników energii.
Z instrumentów ekonomicznych, w początkowym okresie realizacji Strategii przewiduje się wspieranie przedsięwzięć z funduszy celowych, funduszy przedakcesyjnych i strukturalnych Unii Europejskiej oraz poprzez utrzymanie ulgi inwestycyjnej z wydatków poniesionych na zakup urządzeń służących do otrzymywania energii z odnawialnych źródeł. W dalszych etapach, w miarę możliwości budżetu państwa będą rozważane szansę wsparcia w postaci dotacji, dopłat do kredytów, gwarancji i poręczeń kredytowych.
 

Ze względu na to, że z dnia na dzień wychwytywane promieniowanie słoneczne maleje a nawet w lecie występują okresy ubogie w energię słoneczną, należy taki system PV zaopatrzyć w akumulator o odpowiednio dużej pojemności, aby gromadził rezerwy energii.Jeżeli budynki zaopatrzone są w elektryczne urządzenia większej mocy, konieczne jest zastosowanie inwertera. Wymagane są wtedy generatory PV o mocy od 250 W do 1000 W przy napięciu 24 lub 48 V oraz jeden lub kilka inwerterów, które przetwarzają zgromadzony w akumulatorze stały prąd na zmienny.

Wykorzystanie inwertera w autonomicznym systemie fotowoltaicznym wnosi wiele plusów:

wszystkie standardowe urządzenia na 220 – 230 V mogą być bez problemów zasilane;okablowanie w takim systemie PV upraszcza się, gdyż również przy większej mocy może być zastosowany kabel o mniejszej średnicy;jeżeli koszty systemu solarnego mają być niskie, należy pamiętać aby zużycie energii było jak najmniejsze; poza zmniejszeniem czasu użytkowania urządzeń elektrycznych należy również stosować energooszczędne odbiorniki, szczególnie jeśli chodzi o sieć DC;kolejną zaletą systemu z inwerterem jest możliwość wspomagania sieci AC przez dodatkowe źródła energii;aby zwiększyć niezawodność dostarczenia energii możliwe jest dołączenie do systemu małej elektrowni wiatrowej bądź wodnej, generatora Diesla bądź agregaty prądotwórcze zasilania awaryjnego; należy o tym pamiętać, jeśli z różnych przyczyn dopływ prądu musi być gwarantowany.

Kompletne całoroczne instalacje słoneczne na potrzeby c.w.u. i c.o. składają się z trzech zasadniczych elementów bez których nie było by możliwe magazynowanie energii:

KOLEKTOR SŁONECZNY-podstawowy element instalacji słonecznej, jego zadaniem jest przekształcenie energii słonecznej w energię cieplną poprzez specjalną płytę absorpcyjną. Najczęściej stosuje się tzw. kolektory płaskie cieczowe.

Każdy kolektor tego typu składa się z:

-przezroczystej szyby
-powłoki absorpcyjnej
-systemu rurek miedzianych w których przepływa ciecz solarna
-ocieplenia od spodu
-obudowy aluminiowej w której zamknięte są ww. elementy.

W zależności od użytych materiałów współczynnik pochłaniania energii słonecznej może osiągnąć wartość do 95-97%.

Drugi typ kolektora to tzw. kolektor rurowo-próżniowy. Jest on inaczej zbudowany niż kolektor płaski cieczowy. Oparty jest na szklanej rurze w środku której umieszczono cienki absorber z rurką metalową, wewnątrz której umieszczona jest jeszcze jedna rurka. Ciecz płynie wewnętrzną rurką i wpływając od dołu do zewnętrznej rurki, nagrzewa się przejmując ciepło od absorbera. Ten typ kolektora charakteryzuje się większą sprawnością niż kolektor płaski w okresie o zwiększonym zachmurzeniu.

AUTOMATYKA, UKŁAD BEZPIECZEŃSTWA-ten element instalacji w skład którego wchodzą zawory, naczynie przeponowe, pompka cyrkulacyjna, regulator mikroprocesorowy ma zapewnić odpowiedni kierunek przepływu medium oraz ciepła w systemie. Ponadto przy instalacjach całorocznych automatyka jest wyposażona system pogodowy co zapewnia optymalne wykorzystanie energii w zależności od warunków biometeorologicznych. Przy odpowiednio dobranym układzie automatyka pogodowa może w miarę potrzeb załączać lub wyłączać odpowiednie źródła ciepła.

ZBIORNIK- inaczej akumulator ciepła. To tutaj właśnie poprzez specjalne wymienniki spiralne odbywa się wymiana ciepła z medium cieplnego (glikol) na korzyść wody.

Zasobnik musi być indywidualnie dobierany w zależności od wielkości instalacji i jej przeznaczenia. Bardzo ekonomicznym rozwiązaniem jest zastosowanie tzw. sprzęgła cieplnego umożliwiającego połączenie paru układów grzewczych ( np. kolektory słoneczne z kotłem olejowym i kominkiem) w jeden w pełni zautomatyzowany układ gwarantujący duże oszczędności tradycyjnych nośników energii !

Bardzo ważne jest, aby zasobnik-akumulator był dobrze ocieplony co zapobiegnie stratom ciepła i podniesie wydajność całej instalacji.

MAGAZYNOWANIE ENERGII SŁONECZNEJ:

AKUMULATORY

Akumulatory występują w instalacjach autonomicznych, są magazynem prądu. Pozwalają używać prądu również w chwili gdy nie jest on produkowany przez moduły fotowoltaiczne, np. w nocy. Są również swoistym zbiornikiem buforowym, w którym magazynuje się prąd wyprodukowany na zapas z myślą o dniach pochmurnych, kiedy produkcja prądu jest mniejsza. Ich ilość i pojemność jest zależna od rodzaju instalacji oraz ilości dni na które potrzebna jest rezerwa. niezależnie od tego czy produkowany prąd jest prądem stałym (DC) czy też przemiennym (AC). W pomieszczeniach, w których przebywają ludzie należy stosować akumulatory żelowe ze względów bezpieczeństwa

Akumulator

W większości przypadków stosuje się akumulatory kwasowo-ołowiowe. Akumulator taki składa się z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych szeregowo. Jedno ogniwo ma napięcie około 2,1V. W wyniku ich połączenia uzyskujemy akumulator o napięciu 12,6V. Elektrolitem jest tutaj wodny roztwór kwasu siarkowego. W systemach solarnych można również wykorzystać akumulatory innego typu, takie jak np. żelowe. Mają one jedną wielką zaletę są bezobsługowe. Wadą natomiast jest ich wysoka cena. Wybierając akumulator należy pamiętać o tym, aby był on przystosowany do wielokrotnego ładowania i rozładowywania. Pojemność akumulatora podajemy w amperogodzinach (Ah).

Akumulator kwasowo-ołowiowy – rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z tlenku ołowiu (IV) (PbO2) oraz ok. 37% roztworu wodnego kwasu siarkowego, spełniającego rolę elektrolitu.

Akumulator ołowiowy został wynaleziony przez francuskiego fizyka Gastona Planté w 1859 r. Mimo wielu jego wad jest to wciąż najbardziej popularny rodzaj akumulatorów elektrycznych. Występuje w niemal wszystkich samochodach, a także wielu innych pojazdach. Oprócz tego stanowi często jeden z elementów awaryjnego zasilania budynków, zakładów przemysłowych, szpitali, centrali telefonicznych i polowych systemów oświetleniowych.

Konstrukcja i działanie [edytuj]

Typowy akumulator samochodowy jest zbudowany z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych szeregowo. Każde ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równą 2,1 V. Cały akumulator generuje zatem napięcie znamionowe równe 12,6 V.

Pojedyncze ogniwo składa się z:

·         anody wykonanej z metalicznego ołowiu - (-) - w trakcie poboru prądu i (+) w trakcie ładowania

·         katody wykonanej z PbO2 - (+) - w trakcie poboru prądu i (-) w trakcie ładowania

·         elektrolitu - którym jest wodny, ok. 37% roztwór kwasu siarkowego z rozmaitymi dodatkami

W ogniwie tym, w trakcie poboru prądu zachodzą następujące reakcje chemiczne na elektrodach:

anoda - utlenianie

katoda - redukcja

W trakcie ładowania zachodzą dokładnie takie same reakcje, tyle że w drugą stronę.

Jak widać na obu elektrodach w trakcie poboru prądu wydziela się siarczan ołowiu (IV) (PbSO4). Stan całkowitego rozładowania akumulatora polega na całkowitym przekształceniu obu elektrod w stały siarczan ołowiu i jest nieodwracalny. W praktyce zapobiega się tzw. zasiarczeniu elektrod stosując specjalną ich konstrukcję, która utrudnia osadzanie się na ich powierzchni nieprzenikalnej warstwy kryształów siarczanu ołowiu. Akumulatory samochodowe nie są jednak generalnie zaprojektowane do częstego całkowitego rozładowania, lecz raczej do funkcjonowania w stanie całkowitego naładowania. Każde rozładowanie akumulatora samochodowego skutkuje trwałym obniżeniem jego sprawności.

Z drugiej strony - przeładowanie akumulatora skutkuje wydzieleniem dużych ilości wodoru (tzw. zagotowaniem). Wodór w połączeniu z powietrzem tworzy mieszankę wybuchową, która może eksplodować pod wpływem iskry elektrycznej. Stąd ładowanie akumulatorów należy przeprowadzać w dobrze wentylowanych wnętrzach lub na otwartym terenie.

Akumulatory tzw. "bezoobsługowe" i "żelowe" [edytuj]

Wadą akumulatorów ołowiowych jest ryzyko wycieku z nich kwasu siarkowego oraz parowanie wody powodujące zbyt duże jego stężenie w elektrolicie. Oba kłopoty rozwiązuje się stosując albo bardzo szczelne, nierozbieralne obudowy i/lub stosując elektrolity żelowe. Elektrolity żelowe są nadal wodnymi roztworami kwasu siarkowego, jednak dodaje się do nich środka żelującego (np: żywice silikonowe), który jednocześnie zapobiega parowaniu wody i wyciekom. Oba typy akumulatorów - uszczelnione i żelowe nazywa się "bezobsługowymi" - gdyż w zasadzie nie wymagają one kontrolowania składu i ilości elektrolitu.

Żadna forma elektrolitu nie zapobiega jednak problemom wynikającym z częstego rozładowywania akumulatora. Ładowanie akumulatorów "bezobsługowych" jest przeprowadzane w ten sam sposób jak "obsługowych", nie należy tylko dokonywać w nich samodzielnego uzupełniania elektrolitu.

Obudowy akumulatorów nie są nigdy absolutnie szczelne, bo powodowałoby to niebezpieczeństwo wybuchu na skutek dużego wzrostu ciśnienia we wnętrzu w efekcie wydzielania wodoru w trakcie jego przeładowywania.

Akumulator w liczbach [edytuj]

Typowy akumulator samochodowy, złożony z 6 ogniw posiada:

·         siłę elektromotoryczną = 12,6 V

·         Minimalne napięcie (wskazujące na stan głębokiego rozładowania) - 11,8 V

·         Prawidłowe napięcie ładowania - minimalne: 13,9 V - maksymalne 14,5 V

·         Napięcie przeładowania - występujące w trakcie wydzielania wodoru > 14,7 V

Przykładowe parametry [edytuj]

* - Dane szacunkowe na podstawie akumulatora Centra 45 Ah

Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Akumulator_kwasowo-o%C5%82owiowy"

AKUMULATORY KWASOWO - OŁOWIOWE

Technologia:
AGM - kwasowe akumulatory bezobsługowe, z elektrolitem uwięzionym w separatorze z maty szklanej.
Typ: szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe, z zaworami bezpieczeństwa, pojemności elektryczne w zakresie
0,8 - 200 Ah (20 godz.), napięcia nominalne 6v/12v.

Zastosowania:
• telekomunikacja, energetyka, przemysł, medycyna.
Do awaryjnego zasilania w:
• centralach telefonicznych,
• stacjach bazowych i przekaźnikowych,
• siłowniach prądu stałego,
• zasilaczach TV kablowych,
• oświetleniu ewakuacyjnym,
• systemach alarmowych,
• UPS-ach o mocach 1-800kVA, etc.

Charakterystyka:
• zwarta konstrukcja 6V/12V - monoblok,
• bezobsługowe (w zakresie uzupełnienia elektrolitu),
• duże bezpieczeństwo eksploatacji poprzez zastosowanie wentyli nadciśnieniowych (zaworów),
• oszczędna przestrzeń instalacji,
• bardzo duża koncentracja energii,
• wentylacja zgodnie z wymogami DIN VDE 0510,
• temperatura pracy -15°C do +50°C (zalecana 20°C),
• możliwość pracy w dowolnym położeniu (wyłączając ładowanie).

AKUMULATOR KWASOWO-OŁOWIOWY

Akumulator kwasowo-ołowiowyjest to rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwalniczych zbudowanych z elektrody z tlenku ołowiu, z elektrody ołowiowej, oraz z 37% roztworu wodnego kwasu siarkowego, pełniącego rolę elktrolitu.

Akumulator ten jest zbudowany z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych połączonych szeregowo. Jedno ogniwo generuje siłę elektromotoryczną równa 2,1 V, a zatem cały akumulator generuje napięcie znamionowe równe 12,6 V.

Pojedyncze ogniwo składa się z:

·         anody - wykonanej z metalicznego ołowiu

·         katody - wykonanej z tlenku ołowiu ...