Fotowoltaika i fototermia – ekologiczne ciepło i prąd ze słońca

Promieniowanie słoneczne ma największy potencjał wśród odnawialnych źródeł energii (OZE). Od tysięcy lat służy człowiekowi do suszenia ubrań i żywności, rozniecania ognia, ogrzewania pomieszczeń. Obecnie najbardziej rozpowszechnionymi urządzeniami służącymi do przekształcania promieniowania słonecznego w energię elektryczną są panele fotowoltaiczne, a w ciepło – kolektory słoneczne.

Panele fotowoltaiczne

Zamiana promieniowania słonecznego w energię elektryczną odbywa się za pomocą pojedynczych ogniw fotowoltaicznych, które łączy się w moduły, tworząc panele fotowoltaiczne. Te montuje się najczęściej na dachach budynków, podwiesza na ścianach zewnętrznych lub instaluje na specjalnych obracalnych konstrukcjach - trackerach. Najczęściej wykorzystywane są ogniwa monokrystaliczne i polikrystaliczne. Polikrystaliczne (zbudowane z krzemu polikrystalicznego) wyróżnia jasnoniebieska barwa, a każde ogniwo – prostokątny kształt. Ich produkcja jest mniej skomplikowana niż monokrystalicznych, zatem są tańsze i częściej stosowane. Ogniwa monokrystaliczne cechuje barwa od ciemnoniebieskiej do czarnej. Każde z nich ma zaokrąglone rogi, co wynika z budowy monokryształu krzemu. Ich zaletą jest większa sprawność, oraz możliwość montażu w miejscach o ograniczonej dostępności.

Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały. Zatem aby korzystać z wytworzonej energii elektrycznej, trzeba zainstalować falownik (inwerter), który zmieni prąd stały na zmienny, używany w domach.  Dobór mocy systemu fotowoltaicznego zależy od rocznego zużycia prądu przez gospodarstwo domowe. Przyjmuje się, że z 1 kW mocy zainstalowanej instalacji jesteśmy w stanie uzyskać od 950 kWh do 1050 kWh energii elektrycznej na rok. Zakładając, że statystyczna rodzina zużywa ok. 3 000 kWh rocznie, można uznać, że optymalna wielkość instalacji fotowoltaicznej to 3 do 5 kW. Średni koszt takiej instalacji to ok. 20 – 25 tys. zł. W intrenecie dostępne są kalkulatory, pozwalające obliczyć koszt i stopień zwrotu inwestycji dla konkretnego budynku.

Kolektory słoneczne

Zadaniem kolektorów słonecznych jest przekształcenie energii promieniowania słonecznego w ciepło, wykorzystywane np. do podgrzania wody. Wyróżniamy dwa główne typy kolektorów – płaskie i próżniowe rurowe. W kolektorze płaskim promieniowanie słoneczne dociera do adsorbera (płytka wykonana najczęściej z miedzi lub aluminium) połączonego z rurkami miedzianymi, którymi płynie czynnik roboczy. Odbiera on ciepło od absorbera i przekazuje do instalacji ciepłej wody. Konstrukcja jest zamknięta i uszczelniona. Taki kolektor ma wprawdzie nieco niższą efektywność energetyczną i szybciej traci ciepło niż kolektor rurowy, jednak jego zaletą jest znacznie niższa cena.

Wydajniejsze, ale i droższe, są kolektory rurowe próżniowe. Wykorzystują one zarówno promieniowanie bezpośrednie, jak i rozproszone, czyli takie, które przebija się przez warstwę chmur. Dzięki temu działają nawet w dni pochmurne. Zasada pracy kolektora rurowego jest taka sama, jak płaskiego. Jedyną różnicą jest spiralne rozłożenie sieci rurek, wypełnionych czynnikiem grzewczym, na całej powierzchni kolektora. W każdej z rur jest próżnia, dzięki której straty ciepła do otoczenia są znacznie mniejsze niż w kolektorach płaskich.

Kolektor słoneczny można zamontować na dachu lub na południowej ścianie budynku, przy ścianie na ziemi, albo jako wolnostojący. Najbardziej popularne są instalacje na dachu. Nie zajmują dodatkowego miejsca i nie zacieniają budynku. Koszt takiej inwestycji to ok. 10–20 tys. zł., zależnie od jej wielkości oraz jakości i marki zastosowanych elementów.

Dofinasowania do wykorzystania energii słonecznej realizowane są za pośrednictwem Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. To m.in. programy:

• Mój Prąd - przeznaczony dla osób fizycznych na dofinansowanie na zakup i montaż instalacji fotowoltaicznych (moc zainstalowana instalacji od 2 kW do 10 kW). Kwota dofinansowania, którą można uzyskać, to 5 tys. zł na instalację lub do 50% kosztów kwalifikowany
• Czyste Powietrze - dla właścicieli domów jednorodzinnych lub budynków mieszkalnych, dofinansowuje wymianę starych, źle działających źródeł ciepła na nowoczesne m.in. instalacje fotowoltaiczne i kolektory słoneczne;
• Energia Plus - skierowany do małych i średnich przedsiębiorstw w zakresie wsparcia powstawania nowych instalacji OZE, głównie instalacji fotowoltaicznych do 500 kW.Regionalne Programy Operacyjne.

(Źródło/fot.: UMWM)