Uzyskiwanie energii słonecznej stało się bardzo popularne w ostatnich latach. Nic w tym dziwnego, bo przecież pozyskiwana w ten sposób energia jest darmowa i ekologiczna. Jedyny, a zarazem największy koszt, jaki musimy ponieść, wiąże się z zakupem i montażem instalacji. Panele słoneczne są w stanie wyprodukować tyle energii, aby inwestycja zwróciła się po kilku latach. Dzięki nowoczesnym instalacjom jesteśmy w stanie zaoszczędzić naprawdę dużo pieniędzy na ogrzewaniu i elektryce. Zobacz, jak działają panele słoneczne, czym różnią się od siebie i które warto wybrać.
Panele słoneczne, czyli darmowa energia
Wykorzystanie darmowej energii słonecznej w naszym domu, to bardzo kuszące rozwiązanie. Jest jej na tyle dużo, że wystarczy jej dla każdego. Najważniejsze jest to, że jest zupełnie darmowa i wystarczy ją przetworzyć i wykorzystać w odpowiedni sposób.
Do przetwarzania promieni słonecznych wykorzystuje się panele słoneczne. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje: panele fotowoltaiczne, które służą do przetwarzania promieniowania słonecznego na prąd oraz kolektory słoneczne, dzięki, którym uzyskujemy ciepłą wodę użytkową i wspomagamy centralne ogrzewanie. Panele fotowoltaiczne wytwarzające prąd, są znacznie bardziej uniwersalne z tego względu, że energię elektryczną możemy wykorzystać w dowolny sposób, np. do ogrzewania wody lub domu.
W przypadku fotowoltaiki problemem okazuje się nadmiar wyprodukowanej energii. W warunkach domowych nie jesteśmy w stanie magazynować prądu, chyba że zainwestujemy ogromne pieniądze w specjalne akumulatory. Instalacja fotowoltaiczna musi być podłączona do sieci energetycznej, gdzie trafia wyprodukowany przez nas prąd. Dzięki licznikom dwubiegunowym jesteśmy w stanie określić, ile energii wyprodukowaliśmy, a ile zużyliśmy. Za nadmiar niewykorzystanego prądu nie dostajemy pieniędzy, a prąd zostaje w sieci energetycznej. Jest to największy minus tego systemu, bo przecież to nasza instalacja i to my wyprodukowaliśmy ten prąd. Plusem jest jednak fakt, że rachunki za energię elektryczną są minimalne.
Ile darmowej, słonecznej energii jest w Polsce?
Polska znajduje się w strefie klimatycznej, w której energii słonecznej jest naprawdę dużo. Rozkład promieniowania słonecznego w poszczególnych częściach kraju, jest jednak nierównomierny. W jednej części Polski możemy pozyskać więcej energii, a w innej znacznie mniej. Dodatkowo zima okazuje się mniej sprzyjająca, ponieważ w okresie zimowy jesteśmy w stanie pozyskać 10 razy mniej energii niż latem. W okresie największego letniego promieniowania możemy jednak wytworzyć znaczny nadmiar prądu, którego zapas pokryje straty zimowe.
Średnia ilość energii, jaką możemy pozyskać z 1m2 powierzchni w ciągu roku, waha się w granicach 1000 kWh. To bardzo duża wartość. Dla porównania, aby uzyskać 1000 kWh energii, musimy spalić około 100 m3 gazu. W nowym i ocieplonym domu o powierzchni 120/150 m2 zapotrzebowanie na energię wynosi około 15-20.000 kWh rocznie, więc aby zasilić w pełni taki budynek, potrzeba minimum 20 m2 paneli.
W przypadku kolektorów słonecznych większość energii wykorzystamy na bieżące potrzeby w okresie letnim, zimą jednak kolektory będą nieznacznie ogrzewać wodę. Z kolei prąd pozyskany dzięki fotowoltaice możemy zmagazynować w sieci. Kiedy wyprodukujemy go za dużo, a w okresie zimowy, kiedy będziemy mieli niedobór produkcyjny, wykorzystamy nadmiar wyprodukowany latem. Ważny w tym przypadku jest jak najdłuższy okres rozliczeniowy z naszym dostawcą prądu.
Kolektory słoneczne a fotowoltaika
Jak wspomniałem wyżej, panele słoneczne dzielimy na dwa rodzaje, wytwarzające ciepłą wodę i prąd. Zobacz, czym się różnią od siebie, jak są zbudowane i jak działają panele słoneczne.
Jak działają panele słoneczne — kolektory
Kolektory słoneczne są bardzo popularnym rozwiązaniem stosowanym już od dawna. Spośród kolektorów słonecznych możemy wyróżnić dwa rodzaje: płaskie i rurowe inaczej próżniowe.
Kolektory płaskie są tańsze od próżniowych, a ich budowa jest znacznie prostsza. W sezonie letnim są w stanie wyprodukować więcej ciepła od kolektorów próżniowych, jednak zimą tracą dużo energii i tu okazują się kolektory próżniowe. Kolektory płaskie zbudowane są z bardzo cienkich rurek wypełnionych płynem solarnym. Warstwa rur przykryta jest absorberem wykonanym z miedzi lub innego szlachetnego materiału. Całość zamknięta jest w szczelnej obudowie pokrytej szkłem.
Budowa kolektorów próżniowych jest nieco bardziej skomplikowana. Składają się one z pojedynczych szklanych rurek ustawionych równolegle ze sobą. W rurkach umieszczony jest absorber otoczony próżnią. Wewnątrz rurek z kolei przepływa płyn solarny. Taka konstrukcja minimalizuje straty ciepła. W dużej mierze dzieje się tak za sprawą próżni.
Niezależnie od rodzaju kolektorów słonecznych ich działanie jest niemal identyczne. Instalacje zbudowane są z paneli, rur, pomp obiegowych i zbiornika na wodę i elektroniki. W instalacji znajduje się niezamarzający płyn solarny lub glikol. Absorber znajdujący się w panelach pochłania promieniowanie słoneczne i nagrzewa znajdujący się wewnątrz płyn. Ten z kolei dzięki pompom obiegowym krąży pomiędzy panelami a zbiornikiem. Docierając do zbiornika z wodą rozgrzany płyn, oddaje ciepło do znajdującej się w nim wody. Schłodzony wraca do paneli, aby znowu się zagrzać.
W gospodarstwie domowym, w którym mieszkają 4 osoby, mała instalacja solarna o powierzchni 6 m2 będzie wystarczająca do przygotowania ciepłej wody. Trzy panele z pewnością zagrzeją zbiornik o pojemności 300 litrów. Taka ilość wody na pewno wystarczy na dwa dni użytkowania. Zbiornik na wodę powinien być dobrze ocieplony, aby jak najdłużej trzymał wysoką temperaturę wody.
Jak działają panele słoneczne — fotowoltaika
Podobnie jak kolektory, panele fotowoltaiczne zyskały ogromną popularność. Wysoka wydajność instalacji, oszczędność na rachunkach i wysokie dopłaty unijne sprawiły, że fotowoltaika zagościła nie tylko wielu gospodarstwach domowych, ale także w obiektach publicznych, firmach i gospodarstwach rolnych. Energia pozyskiwana z fotowoltaiki stała się na tyle powszechna, że jest już niemal standardem podczas budowy domu lub termomodernizacji budynków. Ogniwa fotowoltaiczne stosowane są już od bardzo dawna, ale w minimalnej skali. Montowane są np. w kalkulatorach. Rozwój technologii pozwolił na produkowanie paneli o dużej powierzchni, która jest w stanie zasilić całe gospodarstwo domowe.
Ogniwa fotowoltaiczne to elementy półprzewodnikowe. Zbudowane są z krzemu, który przetwarza promienie słoneczne w prąd. Pojedyncze ogniwo wytwarza znikomą ilość energii, dlatego łączy się je w całe zestawy, tworząc duży panel.
W panelach fotowoltaicznych powstaje prąd stały, który za pomocą falownika musimy przetworzyć na prąd zmienny. Prądem stałym nie moglibyśmy zasilać urządzeń w naszym domu, bo przystosowane są do prądu zmiennego, takiego jak płynie w sieci energetycznej.
W instalacji fotowoltaicznej nie ma żadnych mechanicznych urządzeń. Budowa całego zestawu jest prosta i składa się z: paneli słonecznych, okablowania, inwertera (falownika) przetwarzającego prąd stały (DC) na prąd zmienny (AC), elektroniki dbającej o bezpieczeństwo instalacji oraz licznika dwubiegunowego, który wysyła prąd do sieci i pobiera go do instalacji. W niektórych instalacjach można dołączyć akumulatory, które będą magazynowały prąd, jednak jest to bardzo kosztowne rozwiązanie.
Pomimo tego, że instalacja jest w miarę prosta, to powinna ją wykonać osoba z dużym doświadczeniem. Do instalacji powinny być dobrane odpowiednie przekroje kabli, aby uniknąć strat energii. Instalacja musi być również odpowiednio podłączona, żeby nie doszło do przeciążenia, zwarcia lub innej awarii, która mogłaby uszkodzić panele, a co gorsza doprowadzić do pożaru budynku.
Jak powinny być ustawione panele słoneczne
Jak wiadomo, panele słoneczne uzyskują energię z promieniowania słonecznego, dlatego przy instalacji bardzo ważny jest kierunek ich instalacji. Niezależnie czy są to kolektory słoneczne, czy panele fotowoltaiczne, powinny być zamontowane wprost na południe. Właśnie takie ustawienie gwarantuje największe zyski energii. Jeśli nie ma takiej możliwości, dopuszcza się dość duże odchylenie tego ustawienia. Panele można skierować 50 stopni na wschód lub zachód. Ustawiając je w ten sposób, musimy być świadomi tego, że nie wykorzystamy ich w 100%. Straty energii powstałe w wyniku innego ustawienia niż na południe, można nadrobić, powiększając instalację o kolejne panele. To jednak dodatkowy koszt przedsięwzięcia.
Oprócz południowego kierunku panele słoneczne montuje się pod odpowiednim kątem. W przypadku kolektorów najlepszym ustawieniem jest kąt 45 stopni. Dla paneli fotowoltaicznych idealnym ustawieniem jest kąt około 30 stopni. Odpowiednie ustawienie ma duży wpływ na ilość pozyskanej energii.
Ile kosztują panele słoneczne
Panele słoneczne to kosztowna inwestycja i pomimo dopłat unijnych nie każdego na nią stać. Ceny uzależnione są od producenta danej instalacji, jej jakości i nawet regionu Polski.
Koszt małej instalacji składającej się z 2-3 kolektorów słonecznych, które pokrywają częściowo zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla 4-osobowej rodziny, to koszt minimum 10 tys. zł. Jest to zestaw kompletny składający się z paneli, rur, pompy, zbiornika. Cena obejmuje także montaż instalacji.
Cena paneli fotowoltaicznych jest nieco inna. Cała instalacja może być znacznie kosztowniejsza. Koszt jednego panela o mocy 250 W waha się w granicach 1000 zł. Zatem, aby otrzymać 1kW mocy, potrzebne są 4 panele, co daje około 4000 zł. Do domu jednorodzinnego minimalna moc, jaka powinna nas interesować to 3 kW. W takim przypadku same panele będą kosztowały 12 tys. zł. Do tego trzeba doliczyć koszty okablowania, elektroniki, inwertera i licznika dwubiegunowego. Koszt całej instalacji o mocy 3 kW będzie wynosił około 20-25 tys. zł.
Większa moc instalacji to większe oszczędności jednak problemem może być samo miejsce instalacji. Jeden panel ma powierzchnię 2 m2, do instalacji 3 kW potrzebujemy ich 12. W tym przypadku potrzebujemy powierzchni około 25 m2. Przy instalacji 5 kW jest to już 40 m2.
Panele słoneczne krótkie podsumowanie
Pozyskiwanie energii z odnawialnych źródeł jest jak najbardziej opłacalne, pod warunkiem, że dobierzemy odpowiednią moc instalacji i dysponujemy nasłonecznionym miejscem do ich montażu. Inwestując w OZE, musimy być świadomi tego, że żadna instalacja nie pokryje naszych kosztów w 100%. Zawsze będziemy płacić rachunki. Dzięki panelom słonecznym zmniejszymy ich wysokość. Panele pozwolą nam zaoszczędzić kilka tysięcy zło w skali roku. Przeciętna instalacja zwraca się w przeciągu 10 lat od jej instalacji.