Czym są mikroinstalacje OZE

Czym są mikroinstalacje OZE?
OZE oznacza skrót Odnawialne Źródła Energii. W mikroinstalacjach wykorzystywana jest
energia ciepła ziemi, energia słoneczna (cieplna bądź świetlna), ciepło powietrza
atmosferycznego oraz energia wiatru.
Mikroinstalacje są definiowane w ustawie o odnawialnych źródłach energii jako instalacje
odnawialnego źródła energii o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej nie większej niż
40 kW, przyłączoną do sieci elektroenergetycznej o napięciu znamionowym niższym niż
110 kV lub o mocy osiągalnej cieplnej w skojarzeniu nie większej niż 120 kW.
Do najczęściej wykorzystywanych mikroinstalacji w gospodarstwach domowych należą:
1. Pompa ciepła
Zasada działania.
Pompa ciepła może pobierać energię cieplną z gruntu, wody lub powietrza. Ta energia
zasila tzw. dolne źródło ciepła. Czynnikami stosowanymi w obiegu dolnego źródła ciepła
najczęściej są glikol lub mieszanina wody i alkoholu. Ogólnie rzecz ujmując jest to ciecz
niezamarzająca dopasowana do odpowiedniego typu instalacji. Czynnik pobiera energię z
dolnego źródła ciepła, podgrzewa się i to ciepło oddaje w parowniku pompy ochładzając
się. Po przejściu przez parownik czynnik jest zawracany ponownie do obiegu i proces
powtarza się.
W parowniku podgrzewany jest czynnik chłodniczy (obecnie stosuje się freony
hydrofluorowęglowodorowe (HFC)), który odparowuje stając się gazem. Gaz ten jest
sprężany przez sprężarkę. Zastosowanie sprężarki ma na celu uzyskanie wysokiej
temperatury czynnika gdyż wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta temperatura.
Wytworzone w tym procesie ciepło oddaje swoją energię w skraplaczu podgrzewając
czynnik (przeważnie woda) krążący w instalacji centralnego ogrzewania budynku. Gaz
skrapla się i przechodzi przez zawór rozprężny obniżając swoje ciśnienie i temperaturę i
wraca do parownika skąd ponownie odbiera ciepło od czynnika dolnego źródła ciepła.
Rozwiązania techniczne.
Instalacje dolnego źródła ciepła można wykonać na różne sposoby w zależności od
rodzaju gruntu, powierzchni terenu czy też konstrukcji budynku.





Wymiennik poziomy płaski – wykonuje się z rur z tworzywa sztucznego ułożonych
poziomo w gruncie poniżej strefy przemarzania.
Wymiennik gruntowy pionowy – wykonuje się odwierty na głębokość 30 do 150m
w głąb ziemi, do których wprowadzane są rury. To rozwiązanie jest dobre w
przypadku ograniczonej ilości powierzchni, którą trzeba przeznaczyć pod
wymiennik.
Studnia do pobierania wody gruntowej – wykonuje się studnię na głębokość co
najmniej 6 m i tłoczy ciepłą wodę z ziemi bezpośrednio do obiegu dolnego źródła
ciepła.
Wymiennik ciepła woda - powietrze zewnętrzny – rozwiązanie najtańsze jednak
zmiany temperatury powietrza i jego niska temperatura zimą powodują duży
spadek sprawności pompy.
Wymiennik ciepła woda – powietrze wewnętrzny – wykorzystuje powietrze
wewnątrz domu. Wadą jest ograniczona możliwość wykorzystania wymiennika tj.
wyłącznie do przygotowania ciepłej wody użytkowej lub jako klimatyzator.
Uwaga: Pompa ciepła do swojej pracy wykorzystuje również energie elektryczną (praca
sprężarki, praca pomp tłoczących czynniki w obiegach), zatem montaż samej pompy w
celu ogrzewania budynku będzie generował koszty za energię elektryczną. Dobrym
rozwiązaniem jest równoczesny montaż drugiej instalacji OZE do produkcji energii
elektrycznej.
2. Kolektory solarne
Zasada działania.
Kolektory słoneczne służą do podgrzewania ciepłej wody użytkowej.
Energia słoneczna podgrzewa czynnik (roztwór glikolu odporny na zamarzanie) w
kolektorze. Czynnik jest tłoczony za pomocą pompy do wężownicy umieszczonej na
zbiorniku. Czynnik podgrzewa wodę do zasilania instalacji ciepłej wody użytkowej.
Schłodzony czynnik jest zawracany do obiegu i proces się powtarza.
Rozwiązania techniczne.

Kolektory płaskie mogą być gazowe, cieczowe lub dwufazowe – najbardziej
rozpowszechnione ze względu na niską cenę. Najlepszą sprawność osiągają w
okresie letnim.



Kolektory rurowe – często nazywane próżniowymi, składają się z rur próżniowych,
w których absorber znajduje się w próżni co znacznie poprawia sprawność
urządzenia. Osiągają lepszą sprawność od kolektorów płaskich. Wadą jest to, że
zimą kiedy spadnie na nie śnieg nie ma możliwości zastosowania tzw. obiegu
odwróconego i rozmrożenia kolektora.
Kolektory skupiające – kolektor jest wyposażony w zwierciadła odbijające
promienie świetlne w kierunku absorbera.
Kolektory specjalne np. okna termiczne – promieniowanie słoneczne przenika do
wewnątrz i jest zatrzymywane.
Uwaga: W kolektorach z glikolem istnieje ryzyko przegrzania glikolu kiedy nie ma stałego
odbioru ciepła. Taka sytuacja może być uciążliwa w sezonie letnim gdy wszyscy
użytkownicy wyjeżdżają na urlop a musi zostać zapewniony odbiór ciepłej wody
użytkowej.
3. Ogniwa fotowoltaiczne
Zasada działania.
Ogniwa fotowoltaiczne wykorzystują energię promieniowania świetlnego do produkcji
energii elektrycznej. Energia elektryczna z paneli jest zamieniana z prądu stałego na prąd
zmienny za pomocą inwertora. Energia elektryczna jest wykorzystywana do pracy
urządzeń domowych. Istnieją dwa sposoby na zagospodarowanie nadwyżek energii.
Pierwszy z nich polega na montażu akumulatorów i magazynowaniu energii w celu
późniejszego jej wykorzystania. Drugi sposób wykorzystywania nadwyżki energii to
sprzedaż do sieci energetycznej.
Rozwiązania techniczne:



Ogniwa I generacji. Wykonane są z krzemu krystalicznego. Charakteryzują się
wysoką sprawnością ale także i wysoką ceną. Obecny udział w rynku ogniw I
generacji wynosi 82%.
Ogniwa II generacji. Wykonane są z np. z tellurku kadmu, mieszaniny miedz,
indu, gallu i selenu lub krzemu amorficznego. Ogniwa II generacji są tańsze od
ogniw I generacji ale wykazują mniejszą sprawność niż ogniwa I generacji.
Obecny udział w rynku ogniw II generacji wynosi 18%.
Ogniwa III generacji – ogniwa organiczne z wykorzystaniem polimerów. Zaletą
tych ogniw jest niski koszt oraz prostota produkcji. Wadą z kolei niska sprawność.
Obecny udział w rynku ogniw III generacji wynosi mniej niż 0,5%.
Uwaga. Ogniwa fotowoltaiczne nie zawierają ruchomych elementów co wiąże się z
niewielkimi kosztami naprawy i utrzymania urządzenia. Nie powodują żadnych emisji do
środowiska. Najbardziej efektywne są w okresie letnim gdzie nasłonecznienie jest
największe. Nie nadają się do montażu na wszystkich dachach. Najlepszy jest dach płaski
bez okien. Optymalna wielkość instalacji to 20m2.
4. Małe siłownie wiatrowe
Zasada działania
Małe siłownie wiatrowe wytwarzają energię elektryczną z energii wiatru.
Najważniejszą częścią elektrowni wiatrowej jest wirnik, w który zamienia energię
kinetyczną wiatru na energię mechaniczną. Wirnik osadzony jest na wale, którym
napędzany jest generator wytwarzający energię elektryczną. W celu zwiększenia
prędkości obrotowej stosuje się skrzynię przekładniową. Jest to niezbędny element
ponieważ typowy generator potrzebuje do produkcji energii elektrycznej znacznie
większej prędkości obrotowej niż ta, która jest wytwarzana przez wirnik.
Rozwiązania techniczne
a) siłownie z pozioma osią obrotu:
zalety:
- pracuje niezależnie od kierunku wiatru
- możliwość montażu na dachu budynku
- odporna na wysokie prędkości wiatru
- odporność w warunkach zimowych
wady:
- niska sprawność
- mała prędkość obrotowa (konieczność zastosowania przekładni lub generatora
wolnobieżnego dodatkowo obniżają sprawność i powodują wzrost emisji hałasu)
b) siłownie z pionowa osią obrotu:
zalety:
- prosta konstrukcja
- brak potrzeby montażu zewnętrznego napędu
- odporna na wysokie prędkości wiatru
wady:
- niska sprawność – do uzyskania większej ilości energii potrzebna jest turbina dużych
rozmiarów.
- im wyższa sprawność tym niższa wytrzymałość konstrukcji
Uwaga. Małe siłownie wiatrowe są efektywniejsze od ogniw fotowoltaicznych jednak koszt
ich montażu jest znacznie wyższy.
Niniejszy artykuł powstał na potrzeby informacyjne dla mieszkańców gminy
Prószków.
W artykule wykorzystano materiały szkoleniowe z projektu „Prosument bez
tajemnic” dofinansowanego z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska
i Gospodarki Wodnej.