Inwestowanie w systemy pozwalające na pozyskiwanie energii ze słońca, wiatru czy biomasy – choć nad Wisłą może stanowić jeszcze swego rodzaju nowinkę – jest w wielu przypadkach jak najbardziej zasadne. Nawet pomimo dość niestabilnych przepisów i polityki państwa w zakresie OZE.

Fot. 1. Polacy zachłysnęli się technologią solarną. Po kolektorach słonecznych przyszła pora na instalacje fotowoltaiczne. Fot.: SELFA GE Fot. 1. Polacy zachłysnęli się technologią solarną. Po kolektorach słonecznych przyszła pora na instalacje fotowoltaiczne. Fot.: SELFA GE

Prąd ze słońca…

Po boomie na kolektory słoneczne przyszedł czas – przynajmniej od strony technicznej – na prężny rozwój instalacji fotowoltaicznych. Możliwość produkcji energii elektrycznej ze światła słonecznego oraz jej wykorzystania na potrzeby procesów zachodzących w budynku lub nawet możliwość (w niektórych krajach i w niektórych proponowanych w minionych latach w Polsce rozwiązaniach finansowoprawnych) odsprzedaży nadwyżki energii, a dodatkowo stosunkowo krótki możliwy okres zwrotu inwestycji sprawia, że Polacy – choć początkowo ostrożnie podchodzili do wszelkich nowinek technologicznych z zakresu OZE – coraz częściej decydują się na tego typu rozwiązania we własnych domach.
Do przemiany światła na energię elektryczną dochodzi w ogniwach fotowoltaicznych, czyli układach produkowanych na bazie krzemu, występującego w postaci płytek z półprzewodnika posiadającego złącze P-N. Ogniwa wychwytują bezpośrednie oraz rozproszone promieniowanie słoneczne, powodując powstanie pary nośników o przeciwnych ładunkach elektrycznych, wskutek czego wytworzone zostaje napięcie elektryczne.

Fot. 2. Wskazane jest tworzenie układów na bazie urządzeń jednego
producenta, co ułatwi, a czasami po prostu umożliwi, ich
konfi gurację. Fot.: BISON ENERGY Sp. z o.o. - www.bisonenergy.pl Fot. 2. Wskazane jest tworzenie układów na bazie urządzeń jednego producenta, co ułatwi, a czasami po prostu umożliwi, ich konfi gurację. Fot.: BISON ENERGY Sp. z o.o. - www.bisonenergy.pl Fot. 3. Po zamontowaniu instalacji fotowoltaicznej każdy może
stać się samodzielnym producentem prądu.  Fot.: BISON ENERGY Sp. z o.o. - www.bisonenergy.pl Fot. 3. Po zamontowaniu instalacji fotowoltaicznej każdy może stać się samodzielnym producentem prądu. Fot.: BISON ENERGY Sp. z o.o. - www.bisonenergy.pl

Pamiętajmy, że prawidłowa praca systemu fotowoltaicznego będzie możliwa jedynie wtedy, gdy prawidłowo zostaną dobrane moduły fotowoltaiczne zbudowane z połączonych ze sobą ogniw. Podstawą wszelkich decyzji powinny być urządzenia jednego producenta, dodatkowo tego samego typu, co ułatwi (lub wręcz umożliwi) ich konfigurację. Tym, czym się należy kierować, dobierając komponenty systemu, jest tzw. tolerancja mocy. W przypadku szeregu (12 sztuk) modułów o mocy 250 W wynosi ona od -5% do +5%. Instalatorzy przestrzegają przed szeregami osiągającymi zbyt duże granice tolerancji mocy, może to bowiem przemawiać na niekorzyść produktu. Oprócz tego konieczne jest ustalenie, ile modułów należy zainstalować (co zależy m.in. od miejsca instalacji) oraz wybranie odpowiedniej technologii – cienkowarstwowej lub krystalicznej. Moduły cienkowarstwowe są wybierane przez inwestorów m.in. z uwagi na estetykę, jednak krystaliczne mają wyższą sprawność.
Kolejną istotną dla projektanta kwestią jest dobór inwertera fotowoltaicznego. To urządzenie, które przekształca wartość napięcia prądu stałego, pozyskanego przez ogniwa, na napięcie prądu zmiennego, które może być wykorzystywane w gospodarstwie domowym. W przypadku instalacji on-grid (podłączonej do sieci elektroenergetycznej) do jego zadań należy również optymalizacja produkcji energii.

Piotr Gabryańczyk,
menadżer produktu,
SELFA GE S.A. Piotr Gabryańczyk
menadżer produktu, SELFA GE S.A.

EKSPERT Fachowego Elektryka
Krótki okres zwrotu inwestycji

Sierpniowa nowelizacja ustawy o OZE, która zmieniła zasady rozliczania energii produkowanej przez prosumenckie instalacje OZE (wprowadzony system bilansowania) znacząco poprawia ekonomiczność inwestycji. Porównując do wcześniejszych regulacji ustawowych, dających możliwość sprzedaży nadwyżek jedynie po średniej cenie energii elektrycznej, jest to jak najbardziej pozytywna zmiana. Ponadto nowelizacja nie wyklucza skorzystania z dofinansowania np. z programu „Prosument”.
Możliwość bilansowania energii w stosunku: 1 kWh wprowadzona do sieci umożliwia odbiór 0,8 kWh dla instalacji o mocy ≤10 kWp sprawia, iż zwrot inwestycji znacząco się skrócił. Pamiętajmy jednak, że należy prawidłowo dobrać moc instalacji PV w stosunku do rocznego zużycia energii w gospodarstwie domowym (produkcja mniejsza niż zużycie), ponieważ ewentualne nadwyżki po zbilansowaniu przepadną. Przeanalizujmy prosty przykład dla domu jednorodzinnego zamieszkałego przez 4 osoby, z instalacją fotowoltaiczną o mocy 4 kWp. Oczywiście są to ogólne obliczenia, które nie uwzględniają wzrostu cen energii, redukcji opłat stałych w cenie energii, rzeczywistej wartości dofinansowania.
Dane wejściowe:
– roczny pobór energii z sieci: 5000 kWh;
– koszt zakupu i montażu (VAT 8%): 14400 zł (6000 zł/kWp; dofinansowanie 40%);
– produkcja energii: 3960 kWh (990 kWh/kWp);
– zużyta energia na potrzeby własne: 2280 kWh (60% produkowanej energii);
– wprowadzona energia do sieci: 1520 kWh (40% produkowanej energii);
– średnia cena energii PGE Obrót (brutto z VAT): 0,65 zł/kWh.

Okres zwrotu inwestycji można policzyć wg następującego algorytmu: 14400 zł / [(2280 kWh x 0,65 zł/kWh) + (1520 kWh x 0,52 zł/ kWh)] = 6,3 lat.

W mojej opinii jest to zadowalający rezultat. Takie wyniki powinny przyczynić się do rozwoju branży i być pozytywnie odbierane przez przyszłych inwestorów.

… lub powietrza

Fot. 4. Na największe zyski z turbin wiatrowych
mogą liczyć mieszkańcy
Pomorza i Polski Centralnej. Fot.: VENTUS ENERGIA Fot. 4. Na największe zyski z turbin wiatrowych mogą liczyć mieszkańcy Pomorza i Polski Centralnej. Fot.: VENTUS ENERGIA Fot. 5. Przy budowie małej elektrowni wiatrowej
obowiązują bardziej skomplikowane
procedury niż w przypadku
instalacji fotowoltaicznej. Fot.: AIRGENERATOR Fot. 5. Przy budowie małej elektrowni wiatrowej obowiązują bardziej skomplikowane procedury niż w przypadku instalacji fotowoltaicznej. Fot.: AIRGENERATOR Fot. 6. Bardzo często turbina jest wykorzystywana
jako źródło energii dla
instalacji oświetleniowej czy systemu
ogrzewania podłogowego. Fot.: VENTUS ENERGIA Fot. 6. Bardzo często turbina jest wykorzystywana jako źródło energii dla instalacji oświetleniowej czy systemu ogrzewania podłogowego. Fot.: VENTUS ENERGIA

W polskich warunkach, w wielu lokalizacjach bardzo dobrze poradzą sobie również turbiny wiatrowe, także te montowane „na małą skalę”, czyli na potrzeby budynków mieszkalnych czy gospodarskich. Inwestorzy powinni jednak mieć na uwadze, że obowiązują tu znacznie bardziej rozbudowane procedury, niż chociażby w przypadku inwestycji w instalację fotowoltaiczną. Przepisy dokładnie precyzują, które z konstrukcji wymagają zdobycia pozwolenia na budowę (np. turbina posadowiona na fundamencie, trwale związana z gruntem), a które nie (turbina zamontowana na budynku).
Mała elektrownia wiatrowa może funkcjonować jako dodatkowe lub samodzielne źródło energii. W sytuacji, gdy instalacja uzupełnia zasilanie budynków podłączonych do sieci elektroenergetycznej, turbina jest przeważnie wykorzystywana do dostarczania energii na wydzielony obwód, np. oświetleniowy lub też dostarcza energię elektryczną do działania ogrzewania podłogowego; innym przykładem zastosowania jest ogrzewanie wody.
Głównym elementem turbiny wiatrowej jest wirnik, który przekształca energię wiatru w energię mechaniczną. Z tej z kolei generator produkuje energię elektryczną. Rocznie system może wyprodukować taką ilość energii elektrycznej, która odpowiada 25% iloczynu mocy nominalnej turbiny oraz liczby godzin pracy (przy mocy minimalnej 4 kW będzie to 4 kW x 24 h x 365 dni x 25% = 8 760 kWh rocznie). Na zaspokojenie potrzeb domu jednorodzinnego (ok. 4500 kWh) wystarczy instalacja o mocy nominalnej na poziomie 2 kW. Należy poza tym pamiętać, że turbiny wiatrowe najczęściej magazynują część energii w akumulatorach – nadwyżkę można wykorzystać np. w bezwietrzny dzień. Jednocześnie warto zauważyć, że akumulator jest stabilizatorem dla urządzeń przetwarzających energię elektryczną, łagodzącym skutki nierównomiernej wydajności urządzeń OZE.
W inwestycjach prywatnych wykorzystuje się turbiny o poziomej osi obrotu tylu HAWT (czyli horizontal axis wind turbine) oraz pionowej osi obrotu typu VAWT (vertical axis wind turbine). Układy poziome stanowią niemal 95% realizowanych instalacji, co wynika przede wszystkim z niższej ceny rozwiązania.
Małe elektrownie wiatrowe o poziomej osi obrotu skonstruowane są z obrotnicy oraz prądnicy zabudowanych wewnątrz gondoli, steru regulacji kierunkowej, wirnika i sterownika elektronicznego kontrolującego i regulującego pracę urządzenia.

Prąd i ciepło jednocześnie

Systemy fotowoltaiczne i małe elektrownie wiatrowe pozwalają na pozyskanie w fazie eksploatacji w zasadzie darmowej energii z odnawialnych źródeł. Instalacje te są jednak w dużej mierze uzależnione od warunków pogodowych, pory dnia, roku. Dość jeszcze nierozpowszechnionym na rynku rozwiązaniem, a zapewniającym inwestorowi stabilne źródło pozyskiwania energii, są agregaty, moduły kogeneracyjne (minikogeneracyjne) wytwarzające jednocześnie prąd, jak i ciepło. Jak wskazują producenci, ich zastosowanie pozwala na zredukowanie energii pierwotnej nawet o 36%, a emisji CO2 o 58% w porównaniu do technologii konwencjonalnych. Do zasilania układów wykorzystuje się m.in. biogaz z biomasy (nie wychodzimy więc wówczas poza tematykę OZE) lub gaz ziemny bądź kopalniany.
Agregaty kogeneracyjne skonstruowane są w oparciu o agregaty prądotwórcze wyposażone w synchroniczne silniki spalinowe zasilane wspomnianym biogazem (de facto metanem). Silnik napędza generator wytwarzający prąd. Pozostała ilość ciepła pobierana jest z urządzenia (chłodzenie) i spalin oraz przekazywana do lokalnego systemu grzewczego i instalacji c.o. i c.w.u. Kompaktowe moduły dedykowane inwestorom prywatnym ukierunkowane są przede wszystkim na wypełnienie zapotrzebowania na ciepło – wytwarzają przede wszystkim prąd na potrzeby własne (lub także częściowo do zasilania sieci), a powstająca jednocześnie energia cieplna jest wykorzystywana w całości do celów grzewczych.

Fot. 7. Do zasilania układów kogeneracyjnych wykorzystuje się m.in. biogaz z biomasy. Fot.: VIESSMANN Fot. 7. Do zasilania układów kogeneracyjnych wykorzystuje się m.in. biogaz z biomasy. Fot.: VIESSMANN

Wyżej wymienione instalacje pozwalają inwestorom na osiągnięcie znaczącej lub nawet kompletnej niezależności energetycznej. W związku z tym, że polskie prawo umożliwia odsprzedaż energii operatorom systemu dystrybucyjnego (OSD; choć jednocześnie nie pozwala na funkcjonowanie taryf gwarantowanych dla produkcji energii z OZE), montaż instalacji, jak turbiny wiatrowe, systemy fotowoltaiczne czy moduły kogeneracyjne, jest jak najbardziej wskazany. O rozwoju energetyki w oparciu o OZE zadecydują regulacje przyjmowane przez polskie władze państwowe. Ostatnio przyjęte przez rząd i sejm rozwiązania stawiają na produkcję energii elektrycznej i ciepła na potrzeby własne, odrzucając możliwość uczynienia z czasem OZE konkurencyjnymi wobec paliw kopalnych, w szczególności węgla.

Piotr Hiszpański,
Ventus Energia Piotr Hiszpański
Ventus Energia

EKSPERT Fachowego Elektryka
Elektrownie wiatrowe: przede wszystkim na Pomorzu i w Polsce Centralnej

Turbiny wiatrowe w Polsce to bardzo dobra inwestycja. Szczególnie interesująco wygląda to na Pomorzu i w Polsce Centralnej, gdzie warunki wiatrowe są wyśmienite. Na rynku polskim swoje miejsce znalazły już instalacje fotowoltaiczne często dotowane ze środków różnych programów polskich i unijnych, co pomogło w spopularyzowaniu tej technologii.
Z przeprowadzonych przez nas badań wynika, iż turbina o mocy 1 kW produkuje 3 razy więcej energii niż instalacja fotowoltaiczna o mocy 1 kWp, a więc opłacalność inwestycji tej jest jeszcze większa. Można zacytować kilka konkretnych liczb i przeprowadzić krótkie wyliczenie:
– turbina 1 kW pozwala wyprodukować do 3000 kWh energii w roku,
– stale rosnąca cena energii z sieci to obecnie ok 80 gr za 1 kWh (bez kosztów stałych, tzw. abonamentowych),
jeśli więc zastąpimy energię kupowaną wytwarzaną przez turbinę, oszczędności wyniosą ok. 3750 zł brutto, co przy cenie 1 kW turbiny z montażem wynoszącej ok. 11 000 zł (bez dodatkowych dotacji) daje nam zwrot inwestycji na poziomie 4 lat.
Wniosek: 25% zwrot bez podatku jest wyjątkowo korzystny i trudno go porównać z jakąkolwiek dzisiejszą lokatą kapitału.

Na rynku pojawiły się już ekonomiczne rozwiązania hybrydowo pozwalające działać na – zasadzie gromadzenia energii lokalnie w bateriach litowo-jonowych i wykorzystywania jej w momencie, kiedy jest potrzebna, a nie tylko wtedy, kiedy jest dostępna – dotyczy to zarówno instalacji fotowoltaicznych, jak i turbin wiatrowych.

Iwona Bortniczuk
Na podstawie materiałów firm: Selfa GE, Ventus Energia, Viessmann