Odnawialne źródła energii i efektywność energetyczna

Odnawialne źródła energii (OZE) to źródła, których wykorzystywanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem, bo ich zasób odnawia się w krótkim czasie [1]. Wg Międzynarodowej Agencji Energetycznej definicja jest następująca: „OZE jest tą ilością energii jaką pozyskuje się w naturalnych procesach przyrodniczych stale odnawialnych…jest generowana bezpośrednio lub pośrednio przez energię słoneczną lub z ciepła pochodzącego z jądra Ziemi. Zakres tej definicji obejmuje energię generowaną przez promieniowanie słoneczne, wiatr, z biomasy, geotermalną cieków wodnych i zasobów oceanicznych oraz biopaliwo [2]. W Polsce definicja i interpretacja co zaliczamy do OZE pochodzi z ustawy z dnia 16 lipca 2020r.

Do najważniejszych źródeł odnawialnych zalicza się wodę. Hydroenergetyka stanowi ok. 60% całej energii produkowanej przez źródła odnawialne. Woda jest rozwiązaniem zarówno ekologicznym jak i ekonomicznym. Buduje się elektrownie: przepływowe, zaporowe, szczytowo-pompowe oraz wykorzystujące ciepło wody morskiej [3].

Innym typem elektrowni są elektrownie wiatrowe, wykorzystujące naturalny ruch powietrza do poruszania skrzydłami turbin wiatraka. Aby uzyskać 1MW mocy wirnik turbiny powinien mieć średnicę ok. 50m, aby zastąpić jedną elektrownię węglową potrzeba 1000 takich wiatraków [4].

Energia słoneczna jest źródłem najbardziej rozpowszechnionym na naszej planecie, może być wykorzystywana do produkcji energii oraz do celów grzewczych.

Dwa filary zrównoważonej polityki energetycznej dotyczą energii odnawialnej oraz efektywności energetycznej. „Efektywność energetyczna to stosunek uzyskanej wielkości efektu użytkowego danego obiektu, urządzenia technicznego lub instalacji, w typowych warunkach ich użytkowania lub eksploatacji, do ilości zużycia energii przez ten obiekt, urządzenie techniczne lub instalację, niezbędnej do uzyskania tego efektu” [5]. Należy brać pod uwagę taką optymalizację urządzeń, aby doprowadzić do oszczędności energii. Oszczędność energii = mniejsze rachunki! (wymiana żarówek, wymiana sprzętu agd, termomodernizacja budynków, wymiana instalacji grzewczej).

W Polsce do 2040r. połowę mocy zainstalowanych instalacji mają stanowić źródła zero emisyjne. Jest to równoznaczne z odchodzeniem od paliw kopalnych (PEP2040). Uchwalono już ustawę o wsparciu morskiej energetyki wiatrowej, niewiele natomiast wiadomo na temat energii jądrowej. Do 2033r. ma zostać uruchomiony pierwszy blok elektrowni jądrowej o mocy do 1,6 GW. Obecnie w naszym kraju udział OZE w wytwarzaniu energii jest niewielki, choć są obszary – woj. warmińsko – mazurskie, gdzie w 2018r. prawie 83% energii wyprodukowano tam ze źródeł odnawialnych [6]. Do 2030r. Unia Europejska oczekuje od Polski 32% udziału OZE w bilansie energetycznym, Ministerstwo ocenia możliwości Polski na 23% . Polski „mix energetyczny” na najbliższe lata zakłada niewielkie osłabienie udziału paliwa kopalnego na rzecz OZE (spadek z 80 do 60%). Rok 2030 to większy udział elektrowni wiatrowych i fotowoltaiki, a mniejszy elektrowni gazowych [7].

Realizując inwestycję dotyczącą OZE można skorzystać z dopłat z FOŚ i Gospodarki Wodnej – program Czyste Powietrze oraz z pożyczek. Po pieniądze można wnioskować na wymianę pieca czy termomodernizację budynku. OZE wspierają również specjalne taryfy opłat: FIT – taryfa gwarantowana dla mikro i małych instalacji oraz FIP – dopłata do ceny rynkowej. Rozwija się także net-metering, czyli możliwości skorzystania w danym roku z nadwyżki energii wprowadzonej do sieci; „po czasie:” odbiera się zmagazynowaną energię. Mając mikro-instalację i przekazując nadwyżki energii do sieci energetycznej stajemy się prosumentami [8]. Mikro instalacje na użytek prywatny nie muszą być umieszczane w ewidencji centralnej. Przy małych i dużych instalacjach potrzebne są koncesje lub specjalne certyfikaty.

Liderami w zakresie OZE na rynku europejskim są kraje skandynawskie, gdzie przodują elektrownie wiatrowe, wodne oraz biomasa. Na farmy wiatrowe stawia Dania i Łotwa. Austria może pochwalić się 73% udziałem OZE w pozyskiwaniu energii, bazując na elektrowniach wodnych.

Źródła:

[1] https://energia-online.pl/oze-co-to-odnawialne-zrodla-energii/

[2] J. Norwisz, T. Musielak, B. Boryczko, Odnawialne źródła energiii, Rynek Energii 2006

[3] http://geografia24.pl/zrodla-energii/

[4] https://sciaga.pl/tekst/67955-68-zrodla_energii

[5] https://www.odnawialne-firmy.pl/index.php/wiadomosci/pokaz/137,efektywnosc-energetyczna

[6] https://serwisy.gazetaprawna.pl/energetyka/artykuly/8077402,zrodla-energii-odnawialnej-w-polsce-oze-odnawialne-zrodla-energii-elektrycznej.html

[7] https://wysokienapiecie.pl/8572-polityka-energetyczna-polski-do-2030-miks/

[8] https://doradcatransakcyjny.pl/fit-fip-system-wsparcia-dla-biogazowni-hydroelektrowni/

Fotowoltaika

Panele fotowoltaiczne zamieniają energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną.
Nie należy mylić paneli i kolektorów słonecznych; te drugie produkują ciepło.

Najmniejsza „porcja” światła, czyli foton w momencie padania na ogniowo zostaje pochłonięty przez krzem. Si to pierwiastek o liczbie atomowej 14 i właściwościach półprzewodnikowych. W fotowoltaice, aby modyfikować właściwości tego pierwiastka stosuje się domieszki boru i fosforu. Elementy takie działają jak diody, wraz ze wzrostem natężenia światła rośnie natężenie prądu. Foton padając na płytkę powoduje wybijanie elektronów z powłoki walencyjnej i w efekcie mamy do czynienia z prądem elektrycznym. Poj. płytka  może wygenerować prąd rzędu 8A. Fotowoltaika bazuje na zjawisku fotoelektrycznym – A. Einstein. Czystość krzemu decyduje o: mocy całego modułu oraz jego żywotności, natomiast grubość płytek krzemowych związana jest z procesem metalurgicznym (wytwarzania) i wynosi odpowiednio 0,18 – 0,2 mm dla płytek krystalicznych oraz 1-1,5 mikrometrów dla płytek amorficznych. Zanim uzyska się samą płytkę,  powstają twory w postaci walca zwane ingotami. Cięcie takich bloków prowadzi do powstania wafli, które mogą być domieszkowane borem lub fosforem . Na górną warstwę nanosi się ścieżki przewodzące prąd elektryczny – stop srebra [2].

W Polsce zwykle montuje się panele: mono i polikrystaliczne. Muszą one spełniać normy jakości PN-EN 61215:2005 i bezpieczeństwa PN-EN 61730. Panele monokrystaliczne gwarantują najwyższą wydajność (17-23%), mają małą powierzchnię i są najdroższe. Panele polikrystaliczne z kolei do duże rozmiary, nieco niższa wydajność (14-18%), ale za to niska cena; lepiej radzą sobie w warunkach słabszego oświetlenia.

Instalacje fotowoltaiczne najczęściej montuje się na dachu, jednak można je także umieścić na ogrodzeniu i gruncie. Decydując o wyborze miejsca należy brać od uwagę: jaki metraż potrzebny jest na montaż, jaka jest pożądana orientacja miejsca montażu (największą wydajność uzyskuje się w orientacji południowej i wschodnio – zachodniej) oraz określenie zacienienia zarówno w zależności od pory dnia, ale również roku.

Niezależnie od miejsca montażu, instalacja może być podpięta do sieci energetycznej lub nie. W przypadku tej drugiej – off-grid,  stanowi samodzielny system energetyczny; inna nazwa „wyspowy”. Instalacje te nie zapewniają samowystarczalności gospodarstw domowych, jednak w sytuacjach nietypowych np. dostarczenie prądu do działki sprawdzają się dobrze i stanowią zasilanie awaryjne. Jeśli w zestawie jest inwerter, to można na czas przerw w dostawie prądu podłączyć do tego systemu urządzenia elektryczne. [3]

Najczęściej spotyka się instalacje on-grid, czyli przyłączane do standardowej sieci energetycznej. W jej skład oprócz inwertera wchodzi licznik oraz zabezpieczenia. On-grid to dobre rozwiązanie dla prosumentów; korzystając z Ustawy o odnawialnych źródłach energii z poprawką prosumencką można „sprzedawać” nadwyżki energii do sieci po stałej i preferencyjnej cenie. Minus tego rozwiązania to zależność od operatora w sytuacji awarii, nawet jeśli prosument ma nadwyżkę energii, to bez prądu z sieci instalacja i tak nie będzie pracować [3].

Źródła:

[1] https://pl.wikipedia.org/wiki/Fotowoltaika

[2] http://pro-sun.pl/?p=604

[3] https://elektromasters.com.pl/on-grid/