Zadanie 1.3. Analiza problemu – możliwe rozwiązania – efektywność energetyczna, nowoczesne technologie grzewcze, OZE 

Część 1. Odnawialne źródła energii. Efektywność energetyczna

Słońce to jedyne źródło energii na naszej planecie. Bez Słońca nie byłoby pokładów węgla, ropy, gazu, roślin, wiatru i wody. Nawet uran wykorzystywany w elektrowniach jądrowych mógł powstać wyłącznie we wnętrzu Słońca. Może jeszcze Księżyc, odpowiedzialny za przypływy i odpływy morskie, które też stanowią interesujące źródło energii odnawialnej. Tradycyjne paliwa energetyczne zostały wyprodukowane przed milionami lat. Ich zapasy są ograniczone, a spalanie narusza naturalny cykl planety.  

Odnawialne źródła energii mają kilka unikalnych cech: 

  1. Wykorzystują Słońce, naturalny rytm planety, różnicę ciśnień atmosferycznych i prądy morskie, obieg wody w atmosferze i oceanach, spiętrzenie wód na dużych i małych  rzekach, geotermalne ciepło  Ziemi. Tym samym doskonale wpisują się w naturalny rytm przyrody. OZE pozwalają również pozyskać energię z odpadów, które w rolnictwie mają szczególny, organiczny charakter (nieużytki zielone i zwierzęce) co znacznie obniża koszty zagospodarowania odpadów. 
  2. Wykorzystanie OZE ma charakter uniwersalny ze względu na różnorodność produkowanych postaci energii. Energia mechaniczna wiatraków i młynów wodnych od lat była źródłem bogactwa ludzi i rozwoju całych regionów. 
  3. OZE powiększają obszar wolności gospodarczej i rolę własności prywatnej. Można produkować energię na własne potrzeby, można nadwyżki sprzedać albo zakumulować w sieci elektroenergetycznej lub we własnym gospodarstwie, a możesz sprzedawać energię stając się prosumentem. 
  4. Rozproszone źródła OZE ograniczają konieczność transportu energii i paliw na dalekie odległości i związane z tym straty sieciowe. 
  5. Rozwój odnawialnych źródeł energii wiąże się z wykorzystaniem lokalnych zasobów energetycznychpaliw, ukształtowania terenu, małych rzek, źródeł geotermalnych. To pozytywnie wpływa na rozwój całych regionów 

Przykładem może posłużyć możliwość wykorzystania energii geotermalnej wszędzie tam, gdzie ona występuje. W naszym regionie wraz z wydobywaną ropą i gazem z głębokich odwiertów kopalnianych wypływa gorąca, zasiarczona woda. Wykorzystanie jej ciepła do ogrzewania jest trudne ze względu na zbyt niską temperaturę duże odległości do gospodarstw wiejskichNatomiast dzięki dobrej współpracy kopalni z gminą istnieje możliwość budowy na miejscu basenu, aquaparku lub dużych szklarni. Po odpowiednim zbadaniu przez lekarzymożna budować obiekty lecznicze, sanatoria. Woda z odwiertów niesie z głębin ziemi siarkę iinne „lekarstwa”.  

To sprzyja rozwojowi i uatrakcyjnieniu regionu, który dzisiaj się wyludnia z powodu braku miejsc pracy. 

Niestety rozwój OZE ma również cechy ujemne 

  1. Na początkowym etapie rozwój OZE wymaga wsparcia państwa w postaci stworzenia warunków rozwoju i odpowiedniego prawa oraz banków w postaci tanich, niskooprocentowanych  kredytów. Takie wsparcie w Polsce już jest.  
  2. Duża zależność produkcji od stopnia nasłonecznienia zmieniającego się w ciągu dnia, wiatru, aktualnego stanu wód na rzece. Na pierwszym etapie rozwoju OZE to spora trudność i obciążenie środowiska, gdyż równolegle z OZE musi pracować w „gorącej” rezerwie duża elektrownia. 
  3. Często zarzuca się OZE niską sprawność i efektywność energetyczną. Efektywność energetyczna, nie ta teoretyczna, tylko ta, która przekłada się na dochód w gospodarstwie zależy od sposobu wykorzystania energii i umiejętności jej akumulacji. 

Jest na to lekarstwo. Raz wyzwolona aktywność ludzi spowoduje, że łatwiej im będzie wymyślać nowe sposoby akumulowania niewielkich ilości własnej energii nawet w domowych warunkach, co nie udaje się dużym koncernom energetycznym. 

Proponujemy rozwój OZE we współpracy z akumulatorami energii 

Energię elektryczną w gospodarstwie rolnym już dzisiaj  można akumulować na różne sposoby. 

  1. Akumulatory prądu, specjalnie dedykowane i te w samochodach elektrycznych, imaszynach rolniczych, nieduże akumulatory w narzędziach gospodarczych, wsmartfonach i w innych urządzeniach. 
  2. Prąd w gospodarstwie rolnym można akumulować również w postacie energii sprężonego powietrza dla urządzeń wykorzystywanych w przydomowym warsztacie. 
  3. Wykorzystując pompę ciepła można akumulować nadwyżki w postaci ciepła, magazynując je w izolowanych zbiornikach ciepłej wody zarówno użytkowej, jak i do ogrzewania. 
  4. Z kolei zastosowanie na gorących powierzchniach ogniw Peltiera pozwoli z powrotem zamieniać ciepło na prąd. Na razie jest to możliwe w bardzo ograniczonym zakresie [2]  
  5. Akumulatorem nadwyżek energii może być przydomowa instalacja do produkcji wodoru jako paliwa w silnikach wodorowych. 
  6. W rolnictwie istnieje znany od lat sposób akumulacji energii słonecznej w postaci zwiększonej i różnorodnej produkcji rolnej i ogrodniczej. Są to szklarnie i cieplice. [3] 

Wniosek do części 1 

Dzięki powszechnemu zastosowaniu OZE w rolnictwie jako źródła energii elektrycznej, wykorzystaniu akumulatorów energii elektrycznej i ciepła oraz solarnych szklarni przy zastosowaniu odpowiedniej gospodarki wodą (retencji) można dzięki Słońcu uzyskać nie tylko „inteligentny” dom, ale całe, wydajne inteligentne gospodarstwo rolne. 

Źródła wiedzy 

  1. Strony internetowe organizatorów konkursu i inne, których wymienienie wyczerpie limit znaków. 
  2. Encyklopedia fizyki, praca zbiorowa, PWN, 1973, t. 3.  
  3. Odnawialne źródła energii. Rolnicze surowce energetycznered. B. Kołodziej, M.MatykaPWRiL, 2012. 

Część 2. Fotowoltaika 

Energię Słońca wykorzystujemy na wiele różnych sposobów: 

  • panele fotowoltaiczne tradycyjne i najnowsze na dachach szklarni solarnych w postaci cienkiej folii – do produkcji energii elektrycznej, 
  • kolektory słoneczne  do produkcji ciepła, 
  • w rolnictwie: szklarnie – podtrzymanie procesu fotosyntezy, 
  • nagrzewanie czarnych powierzchni z wykorzystaniem efektu termoelektrycznego, 
  • uprawy roślin energetycznych, ich wstępne suszenie. 

Obecnie jedną z najprężniej rozwijających się technologii jest wykorzystanie ogniw fotowoltaicznych do produkcji prądu. Ta technologia OZE jest już dostępna dla indywidualnych użytkowników, którzy traktują to rozwiązanie jako sposób na oszczędność iefektywne gospodarowanie energią na potrzeby własne. 

Zasada działania 

Fotoogniwo jest zbudowane z półprzewodnika, który tworzy złącze p-n. Padające na złącze fotony powodują powstanie par elektron-dziura. Pole elektryczne wewnątrz półprzewodnika, powoduje, że elektrony trafiają do obszaru n, dziury do obszaru p. Jest to źródłem zewnętrznego napięcia elektrycznego. 

Wytwarzanie energii słonecznej dzieli się na 6 elementów: konstrukcja wsporcza, moduły fotowoltaiczne, panel fotowoltaiczny, falownik, licznik dwukierunkowy, sieć energetyczna. 

Zastosowanie ogniw 

  1. Fotoogniwa są stosowane przede wszystkim jako trwałe i niezawodne źródła energii wpanelach fotowoltaicznych, będących częścią elektrowni słonecznych. 
  2. Jako źródło prądu w bateriach i urządzeniach codziennego użytku. 
  3. Układy te są szeroko stosowane do zasilania układów telemetrycznych w automatycew stacjach pomiarowo-rozliczeniowych gazu, ropy naftowej oraz energii elektrycznej. 

Źródła zainteresowania fotowoltaiką  

  1. Ekologiczny sposób pozyskiwania prądu jest najważniejszym źródłem zainteresowania fotowoltaiką. Instalacja nie emituje CO₂ oraz nie wytwarza szkodliwych dla ludzi i zwierząt substancji.  
  2. Łatwość uzyskania dofinansowania do instalacjiObecnie możliwe jest wsparcie finansowe w formie dotacji i niskooprocentowanej pożyczki na zakup oraz montaż fotowoltaiki. Taką szansę daje rządowy program Mój Prąd (nawet do 5000 złotych). 
  3. Ulga podatkowaW ramach ulgi termomodernizacyjnej istnieje możliwość odliczenia kosztów paneli fotowoltaicznych, co pozwala uzyskać zwrot nawet do 16 860 złotych.  
  4. Nadwyżki wyprodukowanej energii można wykorzystać w dogodnym czasie dzięki akumulacji jej nadmiaru w systemie elektroenergetycznym.  

Panele źródłem miejsc pracy 

Dzięki istniejącym w kraju systemom wsparcia panele słoneczne cieszą się dużym zainteresowaniem. To stwarza wiele możliwości na rynku pracy. 

Duże firmy i małe firmy oferują konsultacje, wsparcie prawne i finansowe, usługi montażowo – budowlane. Zwiększa się ilość zainteresowanych nimi klientów. Często podczas budowy nowego domu wybiera się panele słoneczne jako źródło energii, odchodząc od dawnych metod. Raz zamontowane  panele są w stanie wytwarzać energię przez co najmniej 30 lat.  

Wykorzystanie energii słonecznej w transporcie 

Według nas, istotnym elementem energetyki słonecznej jest moda na samochody elektryczne. Dobrze jest naładować swój samochód energią pochodzącą ze Słońca. Dodatkowo, znaczący wzrost ilości samochodów elektrycznych pozwoli wykorzystać ich akumulatory do zrównoważenia pracy systemu elektroenergetycznego. 

Chętnie widzielibyśmy też pociąg spalinowy Regio, którym jeździmy do szkoły, z dachem pokrytym folią fotowoltaiczną. 

Źródła wiedzy 

  1. Strony internetowe organizatorów konkursu i inne, których wymienienie wyczerpie limit znaków. 
  2. Latała H. 2008. Wspomaganie ogrzewania tunelu foliowego energią promieniowania słonecznego. Inżynieria Rolnicza . Nr 5 (103). s. 43-49.  
  3. Dynamika rozwoju fotowoltaiki w Polsce w 2021 r. bez zmian. Przybędzie około 2 GW nowych mocy Źródło: Instytut Energetyki Odnawialnej