Solaris - odnawialne źródła energii blog bogdana szymańskiego

Dioda bypass w panelach fotowoltaicznych

2012-01-22T11:20:00.000-08:00

Dioda bypass czy używając polskiego określenia dioda bocznikująca jest ważnym elementem każdego panelu fotowoltaicznego. Diodę bypass wlutowuje się równolegle w łańcuch ogniw fotowoltaicznych a jej polaryzacja jest przeciwna do ogniw. W normalnych warunkach pracy ogniwa fotowoltaiczne spolaryzowane są w kierunku przewodzenia natomiast dioda bypass spolaryzowana jest w kierunku zaporowym. Gdy panele fotowoltaiczne są oświetlone prąd przepływa jak na rysunku:

Przepływ prądu przez panele fotowoltaiczne w przypadku normalnego oświetlenia

W przypadku, gdy wystąpi zacienienie ogniw w panelu fotowoltaicznym i łańcuchu ogniw fotowoltaicznych pojawi się prąd w kierunku zaporowym dioda bocznikująca polaryzuje się w kierunku przewodzenia i umożliwia przepływ prądu z niezacienionych paneli fotowoltaicznych. Prąd przepływa jak na rysunku:

Przepływ prądu przez panele fotowoltaiczne w przypadku zacienienia środkowego panelu.

Diody bocznikujące – diody bypass montowane są zazwyczaj w puszce przyłączeniowej z tyłu panelu fotowoltaicznego taka lokalizacja ułatwia ich wymianę w przypadku uszkodzenia.

Zdjęcie diody bypass w puszcze przyłączeniowej baterii słonecznej

Skutki montażu diód bypass w panelach fotowoltaicznych.

Diody bocznikujące są niezbędnym elementem panelu fotowoltaicznego gdyż chronią instalację przed skutkami zacienienia. W przypadku podłączenia kilku paneli fotowoltaicznych w szeregu celem zwiększenia napięcia prąd płynący w obwodzie będzie równy prądowi najsłabszego elementu układu. W przypadku zacieniania jednego z paneli fotowoltaicznych moc układu radykalnie spadnie. Przed taką utratą mocy w całej instalacji chronią diody bypass, wyłączając z łańcucha zacieniony panel, przez co redukują straty w całej instalacji oraz redukują ryzyko uszkodzenia zacienionego ogniwa. (przez zacienione ogniwo przepływa prąd w kierunku przeciwnym powodując znaczące przegrzanie ogniwa). Należy pamiętać, że konsekwencją stosowania diód bocznikujących jest także brak możliwości ładowania akumulatora bezpośrednio panelem fotowoltaicznym gdyż w przypadku zacienienia dioda bypass spowodowałaby zwarcie na akumulatorze. Oczywiście ładowanie akumulatora bezpośrednio baterią słoneczną nie jest wskazane nawet w przypadku braku diody bypass w panelu fotowoltaicznym z uwagi na niedostosowanie prądu i napięcia ładowania.

Inne wpisy z fotowoltaiki:

Panel fotowoltaiczny - punkt mocy maksymalnej i rzeczywista moc?

2012-01-15T11:05:00.000-08:00

Czytelnik bloga zadał mi ostatnio ciekawe pytanie, na które odpowiedź może zainteresować szersze grono fascynatów fotowoltaiki. Pytanie dotyczyło mocy maksymalnej uzyskiwanej z baterii słonecznej w systemie 12V. Czytelnika zastanawiało, dlaczego nawet w pełni słoneczny dzień panel fotowoltaiczny o mocy 200[W] w systemie z akumulatorem 12 V nie osiągał nawet połowy mocy podawanej przez producenta?
Aby odpowiedzieć na to pytanie należy spojrzeć na charakterystykę prądowo napięciową baterii słonecznej.

Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa z zaznaczonymi punktami pracy

Na osi poziomej many napięcie w woltach na osi pionowej natężenie prądu w amperach. Mnożąc napięcie razy natężenie uzyskujemy moc baterii słonecznej, która zależy nie tylko od warunków słonecznych, lecz także od sposobu obciążenia. Moc panelu fotowoltaicznego znajdująca się na tabliczce znamionowej podawana jest przez producenta w punkcie mocy maksymalnej, czyli w miejscu, w którym iloczyn napięcia i natężenia prądu (UxI) jest największy. Stąd też na module fotowoltaicznym możemy znaleźć oznaczenia VMPP (Voltage at Maximum) napięcie w punkcie mocy maksymalnej oraz IMPP (Current at Maximum Power) natężenie prądu w punkcie mocy maksymalnej. Kupując panel fotowoltaiczny, którego VMPP napięcie w punkcie mocy maksymalnej wynosi np. 30V i podłączymy go do systemu 24V, w którym akumulatory ładowanie są napięciem ok. 26V przesuwamy się w lewo na charakterystyce prądowo napięciowej a nasz iloraz UxI jest niższy od maksymalnego (czerwona kropka). Jeszcze większe straty będzie miał system 12V w przypadku, którego iloraz UxI będzie ponad dwukrotnie mniejszy od optymalnego.

Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa oraz krzywa mocy

Powyższy rysunek charakterystyki prądowo napięciowej wraz z linią mocy modułu fotowoltaicznego wyraźnie pokazuje, że każde znaczące (ponad 1-3V) odejście od napięcia w punkcie mocy maksymalnej zarówno w lewo jak i prawo powoduje znaczny spadek mocy maksymalnej baterii słonecznej.

Panel fotowoltaiczny - charakterystyka prądowo napięciowa CIGS

Cienkowarstwowe baterie słoneczne np. CIGS CdTe czy amorficzne zazwyczaj posiadają bardzo wysokie napięcia w punkcie mocy maksymalnej z tego też powodu w systemach 12 i 24V będą odznaczać się największymi stratami.

Rozwiązanie problemu

Najprostszym rozwiązaniem problemu jest zastosowanie regulatora ładowania wykorzystującego technikę MPPT (Maksimum Power Point Tracking). Tego typu regulator wyposażony jest w przetwornicę DC/DC oraz algorytm śledzenia punktu maksymalnej mocy. W efekcie niezależnie od napięcia ładowania regulator zapewnia odpowiednie dopasowanie energetyczne modułu fotowoltaicznego wymuszając pracę baterii słonecznej z optymalnym napięciem i natężeniem prądu oraz zamieniając go na odpowiednie napięcie ładowania. Zastosowanie regulatora MPPT jest proste i zapewnia wysoką wydajność niestety regulatory tego typu są drogie i zasadność ich wykorzystania pojawia się w przypadku większych instalacji ponad 1 - 2 kW.

W przypadku wyspowych mikroinstalacji fotowoltaicznych rozwiązaniem jest dopasowanie napięcia panelu fotowoltaicznego do napięcia systemu. Należy pamiętać, że VMPP, czyli napięcie w punkcie mocy maksymalnej zmienia się w niewielkim zakresie w szerokim spektrum warunków słonecznych (znacząco zmienia się natężenie prądu). Dobierając panel fotowoltaiczny o napięciu VMPP nieznacznie wyższym od napięcia systemu sprawimy, że strata mocy będzie niewielka.

Moc maksymalna oraz stopień wykorzystania mocy maksymalnej dla wybranych baterii słonecznych w systemach 12 i 24V

Panel fotowoltaiczny Q cell G2 235-245, Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2

Napięcie [V]

Natężenie [A]

Moc
Maksymalna
[W]

Stopień
wykorzystania
mocy maksymalnej

Punkt pracy optymalnej

28,34

7,74

219,4

100%

Punkt pracy system 24 V

208

95%

Punkt pracy system 12 V

8,18

106,3

48%

Panel fotowoltaiczny Suntech 195. Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2

Punkt pracy optymalnej

36,4

5,36

195

100%

Punkt pracy system 24 V

5,5

143

73%

Punkt pracy system 12 V

5,6

72,8

37%

Panel fotowoltaiczny cienkowarstwowy CIGS firmy Qcell UF 75. Natężenie promieniowania słonecznego 1000W/m2

Punkt pracy optymalnej

1,4

100%

Punkt pracy system 24 V

1,7

44,2

60%

Punkt pracy system 12 V

1,7

22,1

30%

Napięcie [V]

Natężenie [A]

Moc
Maksymalna
[W]

Stopień wykorzystania mocy

Dobierając odpowiednie moduły fotowoltaiczne i napięcie systemu można uzyskać wysoki współczynnik wykorzystania mocy rzędu 95-97%. Spośród dostępnych paneli fotowoltaicznych znacznie łatwiej dopasować VMPP (Napięcie w punkcie mocy maksymalnej) do systemu 24V niż do 12V. W przypadku niskonapięciowych systemów prądu stałego najgorzej spisują się panele cienkowarstwowe, które często pracują na napięciach w punkcie mocy maksymalnej powyżej 50V dlatego w systemach 12/24V bez regulatora MPPT charakteryzują się bardzo wysokimi stratami.

REKLAMA

Akcyza na węgiel powinna być wyższa i powszechna.

2012-01-09T11:28:00.000-08:00

W nowym roku wiele zamieszania wprowadziła akcyza na węgiel i nie ulega wątpliwości, że przepisy, które ją regulują są bublem prawnym nie oznacza to jednak, że obłożenie podatkiem akcyzowym węgla nie jest zasadne!

Dlaczego od węgla powinna być płacona akcyza?

W mojej ocenie w przypadku węgla podatek akcyzowy powinien pełnić rolę opłaty ekologicznej, która rekompensuje społeczeństwu zanieczyszczenie środowiska a dokładnie powietrza, jakie powstaje w wyniku spalania węgla. O prawie do czystego powietrza pisałem wcześniej. W cywilizowanym społeczeństwie, za jakie się uznajemy oczywiste i powszechnie akceptowane jest odpłatne składowanie śmieci, oczyszczanie ścieków, recykling niebezpiecznych przedmiotów. W takim układzie także emisja zanieczyszczeń do atmosfery powstała w wyniku spalania paliw kopalnych powinna być ograniczona lub rekompensowana odpłatnością, która przeznaczana byłaby na walkę ze skutkami powstałych szkód.

Kogo powinna dotyczyć akcyza?

Z uwagi na prostotę podatku akcyzowego powinien on dotyczyć możliwie wszystkich w jednakowej wysokości. W mojej ocenie kuriozalne jest zwolnienie z akcyzy na węgiel bardzo szerokiego spektrum odbiorców między innymi gospodarstw domowych, które w największym stopniu przyczyniają się to niskiej emisji, która stanowi powszechny i duży ekologiczny problem praktycznie w każdym nieście w Polsce. Preferencyjna stawka podatku akcyzowego w przypadku węgla mogłaby być stosowana dla dużych elektrowni i ciepłowni, które w sposób znaczący ograniczyły swoją emisję stosując np. filtry i bardzo efektywny sposób spalania.

Ile powinna wynosić stawka akcyzy?

Stawka podatku akcyzowego powinna być ustalona na podstawie emisji zanieczyszczeń przeliczonych na wartość pieniężną. Podatek naliczony w ramach akcyzy powinien rekompensować społeczne i środowiskowe straty emisji zanieczyszczeń do atmosfery. Takie obliczenia powinny być dostosowane do warunków polskich jednak nawet pobieżne obliczenia w oparciu o metodę ExternE wskazują, że wartość opłaty powinna być znacznie wyższa niż obecne stawki akcyzy. Zakładając, że tona węgla stanowi energetyczną równowartość 7 000 kWh a kocioł posiada sprawność 75% w wyniku spalenia do atmosfery zostanie wyemitowane 2720 kg CO2, 19 kg S02, 4,7 kg NOx oraz 2,4 kg pyłów.

Zanieczy- szczenie	Wartość	Jednostka	Koszt społeczne i środowiskowe wg ExternE	Jednostka	Wartość kosztów społecznych i środowiskowych
CO2	2719	kg/tona węgla	0,08	zł/kg	217,52
SO2	18,87	kg/tona węgla	18,056	zł/kg	340,7709
Nox	4,76	kg/tona węgla	8,34	zł/kg	39,70674
pyly	2,4	kg/tona węgla	42,188	zł/kg	100,4074
Suma kosztów					698,4051

Korzystając z uproszczonej metodologii ExternE suma kosztów społecznych i środowiskowych spalenia tony węgla to prawie 700 zł. które ponosi społeczeństwo rekompensując i naprawiając powstałe szkody w środowisku.

Ktoś może zapytać jakież to szkody może wywołać jedna tona węgla, że jest to wyceniane na tak dużą kwotę? W przypadku zanieczyszczeń atmosfery, choć mówi się o kosztach społecznych i środowiskowych głównie chodzi o olbrzymie koszty medyczne, jakie powoduje zanieczyszczone powietrze. Są to oczywiście choroby dróg oddechowych, alergia, lecz także poważniejsze schorzenia jak nowotwory i choroby krążenia. Największe żniwa w historii smog powstały ze spalania węgla zebrał w 1956 roku w Londynie gdzie doprowadził do bezpośredniej śmierci 12 000 osób i choroby dziesiątek tysięcy osób. Wydarzenia te odbiły trwałe piętno w brytyjskim społeczeństwie i obecnie na wyspach brytyjskich nie do pomyślenia jest spalanie węgla w miastach.

Gdzie powinny iść pieniądze z akcyzy na węgiel?

Środki z akcyzy powinny być kierowane na dwa cele pierwszy to finansowanie skutków a z uwagi, że głównymi skutkami są problemy zdrowotne społeczeństwa akcyza powinna zasilić NFZ czy instytucję spełniające ten cel. Część środków powinna być także przeznaczana na zmianę systemów grzewczych i redukcję emisji. W tym celu część akcyzy powinien otrzymywać NFOŚiGW, który z otrzymanych środków realizowałby program ograniczenia niskiej emisji wspierając niskoemisyjne systemy grzewcze.

Nasłonecznienie w zimie

2012-01-03T11:45:00.000-08:00

Wiele osób interesujących się energetyką słoneczną zapewne zadaje sobie to pytanie. Czy można w zimie efektywnie pozyskiwać energię słoneczną za pomocą baterii słonecznych czy kolektorów? Patrząc na dane meteorologiczne ilość energii słonecznej w zimie jest bardzo mała a natężenie promieniowania słonecznego rzadko przekracza 300 W/m2 i to w słoneczny dzień. Należy jednak zaznaczyć, że pomiary te dotyczą powierzchni horyzontalnej. Ilość energii, jaka dociera do ziemi jest stała jednak w zależności od kąta padania promieni słonecznych ta sama ilość energii pada na większy bądź mniejszy obszar. Największe nasłonecznienie będzie występować, gdy promienie słoneczne będą padać pod kątem prostym do powierzchni ziemi. Im kąt padania będzie większy tym nasłonecznienie w przeliczeniu na powierzchnię horyzontalną będzie mniejsze.

Zależność gęstości promieniowania słonecznego od kąta padania promieni słonecznych

Z uwagi że w polskiej szerokości geograficznej słońce w zimie znajduje się bardzo nisko nad horyzontem. Nawet w słoneczny dzień natężenie promieniowania słonecznego a co za tym idzie nasłonecznienie na powierzchnię horyzontalną jest niskie.

Pomiar nasłonecznienia w zimie (23 grudnia) na powierzchnię horyzontalną w słoneczny bezchmurny dzień wynik ok 314 W/m2

Zwiększając kąt płaszczyzny na którą padają promienie słoneczne w kierunku południowym znacząco zwiększamy gęstość promieniowania słonecznego i nasłonecznienie.

Pomiar nasłonecznienia w zimie (23 grudnia) na powierzchnię pochyloną pod kątem 30-45 stopni wynik ok 579 W/m2

Optymalnym kątem pochylenia płaszczyzny w zimie jest kąt zbliżony do 90 stopni gdyż w takim przypadku promienie słoneczne padają na płaszczyznę pod kątem najbardziej zbliżonym do kąta prostego a dodatkowo do płaszczyzny dociera sporo promieniowania odbitego.

Pomiar nasłonecznienia w zimie (23 grudnia) na powierzchnię pochyloną pod kątem 90 stopni wynik ok 873 W/m2

Jak pokazały pomiary przy natężeniu promieniowania słonecznego rzędu 300 W/m2 na powierzchnię horyzontalną pochylając czujnik pod kątem prostym gęstość promieniowania wzrosła do 870 W/m2, czyli do wartości typowej dla polskiego lata. Największa uzyskana wartość natężenia promieniowania słonecznego na przełomie grudnia i stycznia przekraczała 950 W/m2

Choć liczba słonecznych dni w zimie nie jest duża a dni są krótkie możliwe jest jednak efektywne pozyskiwanie energii słonecznej warunkiem jest odpowiednie ustawienie kolektorów czy baterii słonecznych.

Sposób na oszczędność ciepła.

2011-12-28T11:03:00.000-08:00

Świąteczne wyjazdy utwierdziły moje przypuszczenia na temat marnotrawstwa ciepła w Polsce i przyczynach tego stanu rzeczy. Odwiedzając kilka różnych domów i mieszkań w czasie 2 dni świąt wyraźnie daje się zauważyć pewną prawidłowość. W domach wolnostojących panuje niższa temperatura w pomieszczeniach niż w blokach. Natomiast w blokach gdzie są ciepłomierze, lub podzielniki ciepła panuje niższa temperatura niż w blokach gdzie niema opomiarowania. W mieszkaniach gdzie nie płaci się za realne zużycie ciepła wysoką, zazwyczaj temperaturę reguluje się szerokością otwartości okien. Potwierdza się nasza narodowa post komunistyczna mentalność, że nie należy oszczędzać dobra, za które bezpośrednio nie płacimy. Analogiczna sytuacja dotyczy śmieci segregacja znacznie lepiej wygląda tam gdzie realnie pozwala obniżyć koszty wywozu śmieci. Na osiedlach gdzie za wywóz nieczystości płaci się ryczałtowo śmieci segregują nieliczni. Niestety zmiana mentalności to proces wymagający zmiany pokoleniowej, dlatego należałoby się zastanowić nad zmianami systemowymi, które przyśpieszą ten proces i zmobilizują ludzi do oszczędzania energii.

Co zrobić, aby skłonić ludzi do oszczędzania ciepła?

Kluczem do mobilizacji osób do oszczędzania ciepła jest powszechne wprowadzenie odpłatności za realnie wykorzystane ciepło realizowane w miesięcznych odstępach. Pierwszy punkt jest jasny jednak w wielu spółdzielniach kompletnie źle wdrażany. Choć powszechne stają się podzielniki ciepła, które tylko częściowo rozwiązują problem zwłaszcza, że często sposób rozliczania tego ciepła jest rodem z głębokiego socjalizmu, który premiuje tych, którzy zużywają więcej. W wyniku stosowania wielu przeliczników i wskaźników przy stosowaniu podzielników ciepła w praktyce nie płacimy za realne zużycie ciepła. Często mieszkania narożne są premiowane z uwagi na ich straty ciepła, co w dobie mieszkań własnościowych jest zupełnym nieporozumieniem. Cała idea certyfikacji energetycznej, które notabene została w Polsce zupełnie zniszczona miała na celu dać kupującemu czy wynajmującemu informację, który lokal zużywa ile energii. Wybierając mieszkanie w środku bloku mogę kierować się jego lepszym energetycznie usytuowaniem i cała idea się wali, jeżeli słabe energetycznie usytuowanie mieszkania rekompensowane jest jakimś współczynnikiem. Dlatego też kluczem do oszczędności jest montaż liczników a nie podzielników ciepła. Druga kwestia dotyczy sposobu rozliczania odpłatności za ciepło. Posiadając ogrzewanie gazowe mroźną zimę szybko czujemy w portfelu gdyż widzimy ją w kolejnych rachunkach za gaz. Wizja wysokiego rachunku, który przyjdzie za miesiąc szybko studzi zapał do przegrzewania mieszkania czy domu. W blokach ogrzewanych przez sieć ciepłowniczą mroźną zimę widać najwcześniej w lecie a z uwagi na zaliczkowe płatności za ciepło schowane dodatkowo w czynszu potencjalne oszczędności bądź dopłaty są słabo odczuwalne, co nie skłania mieszkańców do zmiany zachowań. Z tego względu ważne w przekonaniu mieszkańców do oszczędzania ciepła są miesięczne cykle płatności oparte o rzeczywiste zużycie ciepła.
Co stoi na przeszkodzie?

W mojej ocenie największą przeszkodą jest mentalność ludzka i monopole ciepłownicze. Wielu mieszkańców nie będzie chciało płacić za realne zużyte ciepło gdyż wolą żerować na ogóle mieszkańców. Na licznikach ciepła zarobią ci, którzy mają poprawne nawyki i wcale nie oznacza to mieszkania w zimnie, lecz kontrolowania odpowiedniej temperatury. Przykręcania ogrzewania podczas wietrzenia, intensywnego gotowania w kuchni czy na noc. Wielu osobom nie będzie chciało się tego robić i podświadomie czują, że zapłacą więcej, więc będą oprotestowywać taką zmianę. Dodatkowo wiele mieszkań jest remontowanych na własną rękę przez właścicieli. Wymieniane są okna na nowe o znacznie lepszych parametrach cieplnych. Mieszkańcy, którzy posiadają stare drewniane okna automatycznie zużywają więcej ciepła z tego też względu nie będą chcieć zmian. Zmian także nie będą chciały zakłady ciepłownicze, często powiązane niejasnymi zależnościami ze spółdzielniami mieszkaniowymi zwłaszcza w mniejszych miastach, dla których zmniejszone zużycie ciepła jest zmniejszeniem zysków.

Rola państwa.

Polska będąca w strukturach UE ma obowiązek poprawy efektowności energetycznej a olbrzymie blokowiska są potencjalnym miejscem dużych oszczędności energetycznych. Z tego też powodu państwu powinno zależeć na stymulowaniu odpowiednich zmian. Rozwiązanie, o którym dziś piszę, czyli popularyzacja odpłatności za realnie wykorzystane ciepło realizowane w miesięcznych odstępach nie wiązałaby się z dużymi nakładami finansowymi. Rola państwa a dokładnie państwowych agencji potrzebna byłaby w dwóch obszarach.

- Ustawowe wprowadzenie powszechnej możliwości rozliczania się za realnie zużyte ciepło analogicznie jak ma to miejsce w przypadku gazu czy energii elektrycznej. Rozwiązanie to szczególnie nie spodoba się monopolom ciepłowniczym.

- Wprowadzenie we wszystkich programach termo modernizacyjnych obowiązku instalacji ciepłomierzy, jako warunku koniecznego otrzymania pomocy publicznej.

Działania w tych dwóch obszarach wystarczyłyby do stymulowania odpowiednich zmian.

Wspomaganie ogrzewania kolektorami słonecznymi.

2011-12-23T01:58:00.000-08:00

Wiele osób pyta mnie czy możliwe jest wspomaganie centralnego ogrzewania kolektorami słonecznymi i czy jest ono opłacalne? Na tak postawione pytanie można szybko odpowiedzieć, że oczywiście jest możliwe wykorzystanie kolektorów słonecznych do wspomagania ogrzewania jednak takie działanie niema podstaw ekonomicznych.

Opłacalność ekonomiczna

Wykorzystanie kolektorów słonecznych do wspomagania centralnego ogrzewania niema obecnie podstaw ekonomicznych. Porównując koszty pozyskanej energii słonecznej z uwzględnieniem kosztów instalacji, serwisu, będzie ona znacznie wyższa niż w przypadku energii pozyskiwanej z powszechnie stosowanych źródeł jak np. kocioł gazowy. Dlatego też nie jest to rozwiązanie dedykowane dla osób szukających oszczędności raczej dla pasjonatów i entuzjastów, którzy wysoko wyceniają sobie uzyskany efekt ekologiczny.

Ustawienie kolektorów

Problem wspomagania ogrzewania kolektorami słonecznymi wynika z braku korelacji między zapotrzebowaniem na moc grzewczą a nasłonecznieniem

W raz z rozpoczęciem sezonu grzewczego rośnie zapotrzebowanie na energię i jednocześnie spada nasłonecznienie. Z tego też powodu decydując się na wykorzystanie kolektorów słonecznych do ogrzewania należy przy ich ustawieniu dążyć do zwiększenia ilości energii, jaka do nich dociera w zimie i minimalizować w okresie lata. Założenia te najlepiej spełnia pionowe ustawienie kolektorów.

Nasłonecznienie dla Krakowa przy pochyleniu kolektorów 90stopni

Przy pochyleniu kolektorów pod kątem prostym do powierzchni horyzontalnej następuje 50-60% zwiększenie nasłonecznienia na powierzchnię kolektora w zimie, czyli w okresie o największym zapotrzebowaniu na energię grzewczą.

Problem z przegrzewem

Przy wykorzystaniu kolektorów słonecznych do ogrzewania należy rozwiązać problem zagospodarowania nadmiaru energii w okresie lata. Część problemu rozwiązuje pochylenie pod kątem prostym gdyż ogranicza ono nasłonecznienie na kolektory w lecie o ok. 50% w stosunku do powierzchni horyzontalnej. Jednak w przypadku słonecznego lata instalacja z pewnością będzie produkować więcej energii niż wynosi zapotrzebowania na energię do ogrzewania CWU. Nadmiar energii można zagospodarować np. do ogrzewania basenu, regeneracji dolnego źródła pompy ciepła, zasilania absorpcyjnej pompy ciepła. Niestety w wielu przypadkach nie będzie istniała możliwość zagospodarowania większej ilości ciepła. Permanentny przegrzew instalacji w lecie odbiłby się na radykalnym skróceniu jej żywotności. Z tego też powodu, jeżeli niema możliwości zagospodarowania energii cieplnej z kolektorów należy instalację wyposażyć w system przesłaniający kolektory. Idealny byłby system automatyczny zasłaniający kolektory w przypadku osiągnięcia w zasobniku zadanej temperatury. Rozwiązania takie nie są jednak powszechnie oferowane przez producentów kolektorów.

Typ kolektorów

Brak ekonomicznych podstaw wykorzystania kolektorów słonecznych do ogrzewania spowodowany jest między innymi koniecznością stosowania do tego celu drogich kolektorów próżniowych o wysokich parametrach cieplnych.

Porównanie charakterystyki kolektora płaskiego i próżniowego

Realizacja wspomagania ogrzewania przez kolektory słoneczne wiąże się z koniecznością ogrzewania wody do wysokiej temperatury. Aby energia z kolektorów mogła być wykorzystana na cele, CO kolektory muszą nagrzewać płyn solarny minimum do temperatury wyższej od temperatury zasilania systemu grzewczego. Jak można zauważyć na powyższym wykresie w raz ze zwiększaniem się różnicy temperatur miedzy otoczeniem a absorberem kolektora spada jego sprawność. Chcąc nagrzać wodę do wyższej temperatury sprawność instalacji będzie spadać. Spadek będzie tym większy im słabsza izolacja cieplna kolektora. Z tego też względu jak jest to przedstawione na powyższej grafice przy ogrzewaniu płynu do wyższych temperatur sprawność kolektora płaskiego będzie spadać znacznie szybciej niż próżniowego. W praktyce przy niskim zimowym natężeniu promieniowania słonecznego kolektory płaskie nie będą w stanie podgrzać wody do użytecznej temperatury lub będą to robić z bardzo niską efektywnością. Wspomaganie ogrzewania można realizować jedynie za pomocą kolektorów próżniowych i to wysokiej klasy o bardzo niskich współczynnikach strat ciepła i wysokiej sprawności optycznej.

Niskotemperaturowa instalacja CO.

W przypadku wykorzystywania kolektorów słonecznych do wspomagania centralnego ogrzewania bezwzględnie należy zastosować system ogrzewania niskotemperaturowego. Wiąże się to z opisanym powyżej znaczącym spadkiem sprawności kolektorów wraz ze wzrostem temperatury, do której podgrzewają one ciecz. W przypadku tradycyjnej grzejnikowej instalacji CO realizacja wspomagania ogrzewania przez kolektory jest bezcelowa.

OZE w niemczech dominuje w produkcji elektryczności

2011-12-20T00:15:00.001-08:00

Jak donosi Niemiecki Federalny Związek Energetyki i Gospodarki Wodnej (BDEW) w pierwszym półroczu 2011 roku dominującym źródłem produkcji energii elektrycznej były u naszych zachodnich sąsiadów odnawialne źródła energii. Ich udział w stosunku do roku 2011 wzrósł z 18.3 do 20.8%. Największy udział w "odnawialnym niemieckim energy mix" miała energetyka wiatrowa odpowiedzialna za 7.5% rocznej produkcji, drugie miejsce przypadło biomasie z udziałem 5.6% a trzecie fotowoltaice z udziałem 3.5% rocznej produkcji. Znamienne jest że w produkcji prądu fotowoltaika wyprzedziła w Niemczech energetykę wodną która spadła na miejsce czwarte z udziałem 3.3%. Pozostałe odnawialne źródła odpowiadają za 0.8% udziału w bilansie.

Niemcy dają przykład że rozwój energetyki odnawialnej w skali makro może być także oparty o bardziej innowacyjne źródła i technologie jak np. energetyka wiatrowa i słoneczna a nie jak ma to miejsce w Polsce jedynie o biomasę i hydroelektrownie.

Należy przypomnieć że Niemcy do roku 2022 planują zamknąć swoje wszystkie elektrownie atomowe a brakującą energię w dużej mierze uzupełnić z odnawialnych źródeł, które do tego czasu mają posiadać 35% udział w produkcji energii elektrycznej. Patrząc na rok roczne postępy Niemiec we wdrażaniu i rozwoju OZE uważam że jest to cel realny. Miejmy nadzieje że także polscy politycy zobaczą kiedyś w energetyce odnawialnej korzyść a nie jedynie koszt dla gospodarki .

Czy biomasę można nazwać odnawialnym i ekologicznym źródłem energii?

2011-12-16T13:14:00.000-08:00

W Polsce upatruje się w biomasie źródło taniej i ekologicznej energii? Jednak osobiście mam duże wątpliwości czy biomasę można uznać za źródło przyjaznej dla środowiska energii. Należałoby się również zastanowić czy energia z roślin pochodzi ze źródła odnawialnego. Jest to rozważanie dość filozoficzne, choć w mojej ocenie istotne.

Biomasa odnawialne czy nie odnawialne źródło energii?

Założenie, że biomasa jest odnawialnym źródłem energii jest w mojej ocenie błędne. Lokalne zasoby biomasy można w części lub całości odtworzyć jednak wymagają one ludzkiej interwencji. Dla przykładu rzepak potrzebny, do produkcji biodiesla nie urośnie na polu, jeżeli rolnik go nie zasadzi. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku biomasy leśnej. Mimo iż miejsce po wyciętym lesie kiedyś znów zajmą drzewa to jednak bez ingerencji ludzkiej proces ten będzie bardzo długi a rodzaj lasu z pewnością odmienny od pierwotnego. Z tych też powodów nazwałbym biomasę, co najwyżej odtwarzalnym źródłem energii.

Biomasa mit czystego źródła energii.

Biomasa często zestawiana jest z węglem i przedstawiana, jako czyste źródło energii. Z tą tezą zdecydowanie się nie zgadzam. W pewnych aspektach biomasa pozwala obniżyć emisję w stosunku do węgla w innych ją pogarsza w mojej ocenie efekt ekologiczny zbliżony jest do zera. Kotły opalane węglem i biomasą drzewną charakteryzują się zbliżonymi poziomami emisji CO, NOx, oraz pyłów. Na korzyść biomasy przemawia zerowa emisja SOx, lecz z kolei kocioł węglowy zazwyczaj ma niższą emisję węglowodorów aromatycznych. Z uwagi na częste zawilgocenie biomasy zazwyczaj charakteryzuje się ona zwiększoną emisją sadzy (wpis).

kocioł na węgiel

kocioł na pelety

W mojej ocenie kuriozalny jest także argument z zerową emisją CO2 przez biomasę. Każde paliwo zawierające w swym składzie chemicznym węgiel podczas spalania jest źródłem emisji CO2. A dwutlenek węgla emitowany przez węgiel niczym nie różni się od tego biomasowego. Dodatkowo trudno rozgraniczać, który CO2 zaabsorbuje roślina podczas wzrostu. Pozostawienie terenu odłogiem i spalanie węgla daje podobny bilans emisji, co cykliczna uprawa biomasy na potrzeby biopaliwa (wpis).

Dlaczego wspieramy rozwój biomasy na cele energetyczne?

Jak zwykle w zestawieniu merytorycznych analiz, poglądów i opinii wygrywa doraźna potrzeba wypełnienia wskaźników i potrzeby polityczne. Rozwój biomasy i objęcie jej wsparciem, jako „odnawialnego” „ekologicznego” paliwa jest ukłonem w stronę zawodowej energetyki, które najbliżej do biomasy spośród wszystkich OZE. Wsparcie dla biomasy to także świetna okazja do transferu olbrzymich pieniędzy do rolnictwa, które w dużej mierze tą biomasę będzie wytwarzać. Na obecnej sytuacji najmniej skorzysta indywidualny odbiorca energii gdyż płaci za ekologiczną energię a otrzymuje jej podróbkę.

Energooszczędność świetlówek energooszczędnych.

2011-12-10T09:42:00.001-08:00

Świetlówki kompaktowe pozwalają znacznie zaoszczędzić energię przeznaczoną na oświetlenie. Może nie jest to reklamowane przez wielu producentów 80% w stosunku do żarówek żarnikowych, lecz z pewnością 60-70% czyli naprawdę sporo.

Świetlówki nie mają dobrej prasy i z punktu widzenia ekologicznego i rzeczywiście nie są najbardziej przyjaznym dla środowiska urządzeniem dziś jednak skoncentruję się na aspekcie energetycznym świetlówek i obalę jeden powszechny mit na ich temat.

Panuje często powtarzana opinia, że świetlówek kompaktowych nie „opłaca” się instalować w miejscach gdzie oświetlamy często, lecz krótko gdyż tego typu źródła światła zużywają dużo energii podczas startu i przy krótkim czasie oświetlenia nie są oszczędne?

Ten mit o dużym zużyciu energii jest bardzo powszechny, lecz nieuzasadniony. Aby go obalić zmierzyłem przy pomocy dokładnego watomierza pobór mocy czynnej i biernej kilku świetlówek, jakie miałem w domu. Z uwagi, że świetlówki mam już od dłuższego czasu do testów trafiły zarówno urządzenia renomowanych producentów (na marginesie dające bardzo dobre światło) jak i urządzenia niskobudżetowe kupione w markecie. Wyniki testu w każdym przypadku były jednakowe. Żadna z testowanych świetlówek nie charakteryzowała się nadmiernym zapotrzebowaniem na moc podczas startu nawet w przy głębokim wychłodzeniu. W przypadku celowego wychładzania świetlówki charakterystyczny był pobór mocy mniejszej od nominalnej do momentu rozgrzania, co obrazuje poniższy wykres.

Im świetlówka jest bardziej wychłodzona tym dłużej się nagrzewa świecąc słabiej i pobierając moc mniejszą od nominalnej.

Mówiąc o energooszczędnych świetlówkach kompaktowych należy także wspomnieć o ich zużyciu mocy biernej. Świetlówka nie jest czystą reaktancją, dlatego oprócz poboru mocy czynnej, czyli tej, za którą płacimy pobiera z sieci sporo tzw. mocy biernej, czyli energii, która nie jest zamieniana na pracę (gospodarstwa domowe nie płacą za pobieraną moc bierną). Średnio testowane świetlówki kompaktowe pobierały w przybliżeniu tyle samo mocy biernej czynnej. Widać to dobrze na powyższym wykresie mocy pozornej, czyli sumy geometrycznej mocy czynnej i biernej.

Podsumowanie
Świetlówki kompaktowe nie pobierają dużo energii podczas startu.
Świetlówki kompaktowe pobierają oprócz mocy czynnej w takiej samej ilości także moc bierną.

Słownik
Moc czynna – moc pobierana ze źródła i zamieniana na pracą, światło, lub ciepło za nią płacimy.
Moc bierna – moc pobierana ze źródła niezamieniana na pracę, lecz niezbędna do działania urządzeń jak silniki i transformatory.
Moc pozorna – iloraz napięcia i natężenia prądu, czyli suma geometryczna mocy czynnej i biernej.

Pompa ciepła powietrze woda – tylko dla ogrzewania niskotemperaturowego.

2011-12-04T12:01:00.001-08:00

Pompy ciepła wykorzystujące, jako dolne źródło powietrze zdobywają coraz większą popularność. Z jednej strony w przypadku tego typu pomp ciepła nastąpił duży postęp technologiczny, który wiąże się z rosnącym COP a także z możliwością pracy w bardzo niskich temperaturach rzędu -20, 25C, co sprawia, że pompa na bazie dolnego źródła w postaci powietrza atmosferycznego może być w polskim klimacie monowalentnym źródłem ciepła. Z drugiej strony pompy ciepła powietrze/woda charakteryzują się prostszym i znacznie tańszym montażem głownie z uwagi na brak kosztownych prac związanych z wykonaniem dolnego źródła. Wymienione zalety powietrznych pomp ciepła nie oznaczają, że są one idealnym, rozwiązaniem dla każdej instalacji. W mojej ocenie nie jest zasadne stosowanie tego typu urządzeń w instalacjach wysokotemperaturowych i nie mam tu na myśli grzejników zasilanych temperaturą maksymalną 90 C bo w takim przypadku pomp ciepła zupełnie się nie stosuje. Producenci powietrznych pomp ciepła często podkreślają, że ich urządzenia z powodzeniem mogą podgrzewać wodę do 50 – 60 C i rzeczywiście w teorii systemy ogrzewania pracujące na takich temperaturach można by zasilać powietrzną pompą ciepła. Zasadniczy problem polega jednak na tym, że wraz ze wzrostem temperatury zasilania znacząco spada efektywność takiej pompy ciepła.

Wykres COP dla powietrznej mamy ciepła dla różnych temperatur zasilania w funkcji temperatury dolnego źródeł ciepła. Źródło STIEBEL ELTRON

Wykres pokazuje, że między pracą pompy dla zasilania CO 35C a 50 – 60 C jest przepaść w COP.
Z uwagi, że zależność między efektywnością pracy pompy ciepła a różnicą temperatur między górnym a dolnym źródłem jest w przybliżeniu prostoliniowa możliwe jest przybliżone obliczenie średniorocznego współczynnika COP dla danej pompy i danych warunków klimatycznych. W tym celu niezbędne będzie wykorzystanie arkusza kalkulacyjnego oraz danych meteorologicznych w postaci typowego roku meteorologicznego.

Obliczenia zaczynamy od importu do arkusza kalkulacyjnego danych DBT, czyli danych o temperaturze powietrza. Następnie należy ustalić, na jakiej różnicy temperatur będzie pracować pompa. W tym celu należy wyznaczyć minimalną oraz maksymalną temperaturę zasilania, która będzie skorelowana (liniowo) z temperaturą na zewnątrz budynku. Dla tak wyznaczonych warunków można przystąpić do obliczenia współczynnika COP, godzina po godzinie dla całego sezonu grzewczego. Na szczególną uwagę zasługuje wyznaczenie średniorocznego COP. Nie może być to zwykła średnia gdyż w tym przypadku wysokie COP w miesiącach przejściowych zaburzyłoby realny wynik gdyż najwięcej energii pozyskiwane jest w miesiącach zimowych a waga COP będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury na zewnątrz. Dlatego w tym celu należy wyznaczyć średnią ważoną.

Przykład obliczeń dla Krakowa w poniższym pliku

https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AqrQUMXHpwk9dEVrRkN5ZkV5ZVE4RzhpalA1MWYzc1E

Z moich obliczeń wynika że pompa ciepła (celowo nie podaje producenta) pracująca na maksymalnej temperaturze zasilania 35C w okolicach Krakowa jest w stanie osiągnąć średnie COP 3,6 i współczynnik sezonowej efektywności z uwzględnieniem sprawności instalacji (0,8) SPF 2,9. Podnosząc temperaturę zasilania do 50 C średnioroczne COP spada do 2,6 a SPF do2.1 czyli o ponad 25%. Przy temperaturze zasilania 60 spadek COP idzie do 2.3 a SPF do 1,85 co daje spadek o ok. 35%.

Reasumując pompa ciepła powietrze woda jest ciekawą (pod względem kosztów) propozycją dla niskotemperaturowego ogrzewania budynków w przypadku ogrzewania wysokotemperaturowego jej efektywność będzie znacząco spadać.

Prawo do czystego powietrza

2011-11-30T02:09:00.001-08:00

źródło http://www.jaslonet.pl

Większość z nas irytuje a nawet oburza, gdy „sąsiad” wyrzuca śmieci do lasu, czy wylewa ścieki do przydrożnego rowu. Panuje ogólne społeczne przyzwolenie, aby karać takie osoby. Na tym tle zastanawiające jest, że zupełnie inne podejście mamy w sprawie powietrza, którym wszyscy oddychamy. Spacer wieczorem w okolicy domków jednorodzinnych jednoznacznie daje obraz całkowitej ignorancji społeczeństwa w sprawie czystości powietrza. Nie mówię tu wcale o paleniu śmieci, które także się zdarza, lecz o spalaniu ogólnie dostępnych i legalnych paliw jak węgiel czy drewno. Bardzo zastanawiające jest, dlaczego spalanie paliw stałych i towarzysząca im emisja jest nam zupełnie obojętna, mimo iż uwalniane przy tym związki takie jak SO2, NOx, a zwłaszcza pyły przyczyniają się do zwiększonej śmiertelności wśród ludzi poprzez wywoływanie chorób płuc i raka. Z ignorancją ludzką trudno walczyć i jeżeli ktoś ma ochotę się truć jego wola, lecz dlaczego w świetle prawa można bezkarnie truć całą okolicę? W wielu krajach europejskich spalanie paliw stałych w aglomeracjach miejskich jest po prostu zakazane. Będąc realistą wiem, że taki zakaz w Polsce jest nie możliwy do wprowadzenia jeszcze długo. Jednak dziwi mnie, że powszechnie sprzedawane w Polsce śmieciuchy tzn kotły na paliwo stałe nie spełniają, bo nie muszą żadnych norm emisji spalin? W czyim interesie jest, aby takich norm nie wprowadzić? Niezwykle dziwne dla mnie jest, że nasza cywilizacja i technologia rozwija się tak szybko a w technologii grzewczej tkwimy w średniowieczu a co gorsza nie bardzo nam to przeszkadza.

Tani energooszczędny dom ze styropianu.

2011-11-26T11:42:00.001-08:00

Budownictwo energooszczędne zazwyczaj kojarzy się z wysoką ceną. Rozwiązanie, jakie prezentuje brzeska firma M3 System może zrewolucjonizować podejście do budynków energooszczędnych.

Budynki wykonywane są z monobloków ze spienionego polistyrenu, które posadowione są na płycie żelbetowej, która nie wymaga głębokich fundamentów. Ogólną stateczność budynku zapewnia siatka z włókna szklanego, które oplata zewnętrzną część obiektu i jest kotwiona w żelbetowej płycie. Takie rozwiązanie zgodnie z zapewnieniami producenta gwarantuje, że budynek odporny jest na wszelkiego rodzaju warunki atmosferyczne, z jakimi możemy spotkać się w Polsce.

Budowa budynku mieszkalnego w Bielczy źródło M3 System

Szczególnie imponujące są parametry cieplne budynku. Przenikalność cieplna przez zewnętrzne przegrody tj. ściany, podłogi, dach wynosi 0,07 – 0,09 W/m2*K. Dla porównania polska norma wymaga aby współczynnik przenikania ciepła przez ściany zewnętrzne był niższy niż 0,30 W/m2*K w budynkach pasywnych wskaźnik ten wynosi 0,1 – 0,12 W/m2*K.

Przy zastosowaniu tradycyjnych okien oraz wentylacji grawitacyjnej budynek z monobloków polistyrenowych zużywa rocznie ok. 50 kWh/m2 na rok. Przy zastosowaniu rekuperacji powietrza wentylacyjnego oraz okien o niższym współczynniku przenikania ciepła zużycie energii budynku zbliża się do standardów budownictwa pasywnego tj. zapotrzebowania na energię ok. 10-15 kWh/m2 na rok.

Ważny z punktu inwestycyjnego jest także koszt i czas budowy. Z rozmowy z producentem dowiedziałem się, że cena budowy domu w tej technologii waha się od 900 – 1500 zł/m2 w zależności od standardu wykończenia (surowy/pod klucz). Czas bodowy to zaledwie 4-6 tygodni. Może niedługo to właśnie polskie rozwiązanie zrewolucjonizuje światowe budownictwo energooszczędne?