2022-01-26 17:54:50 
Energia z instalacji solarnej
W przypadku korzystania z kolektorów słonecznych funkcjonują one przede wszystkim jako bezpośrednie źródło ciepła do celów grzewczych w instalacjach ciepłej wody użytkowej, a niezbędną akumulację energii zapewniają zasobniki o pojemności dostosowanej do potrzeb higienicznych mieszkańców.
Z reguły pracują one w trybie hybrydowego zasilania zbiornika z ładowaniem warstwowym, z dwiema wężownicami - jedną współpracującą z kolektorem, a drugą zasilaną z kotła gazowego, węglowego bądź z dodatkową grzałką elektryczną.
W skali roku energia słoneczna przy optymalnie skonfigurowanej instalacji może zapewnić pokrycie 60-70% energii cieplnej potrzebnego do zasilania domowej instalacji c.w.u.
Podejmowane są też próby długoterminowego magazynowania energii cieplnej pozyskiwanej z solarów w naturalnych złożach kamiennych lub podziemnych izolowanych zbiornikach wody.
Zmagazynowana w nich energia cieplna w sezonie letnim jest sukcesywnie wykorzystywana do ogrzewania w zimie z użyciem wodnej bądź powietrznej pompy ciepła.
Przy odpowiedniej konfiguracji układu, a zwłaszcza określenia wymaganej powierzchni kolektorów słonecznych i wielkości zbiornika magazynującego możliwe jest zaspokojenie w 100% potrzeb grzewczych w zakresie c.o. i c.w.u. choć oczywiście decydujące znaczenie ma opłacalność takiej inwestycji.
Energia z fotowoltaiki i wiatru
Pozyskanie energii elektrycznej z promieniowania słonecznego czy wiatru pozwala na różnorodne jej wykorzystanie, ale wymaga - jak wszystkie źródła OZE - zapewnienia możliwości jej zmagazynowania.
Rolę magazynu energii na małą skalę pełnią klasyczne akumulatory, ale powszechnym rozwiązaniem jest wykorzystywana krajowa sieć elektroenergetyczna, gdy domowa mini-elektrownia współpracuje z całym systemem elektroenergetycznym.
Wymaga to jednak zawarcia umowy z lokalnym operatorem sieci dystrybucyjnej (OSD), a zmieniające się przepisy nie gwarantują stabilnej opłacalności inwestycji.
W skali makro najkorzystniejszą współpracę sieci elektroenergetycznej z zasilaniem energią odnawialną zapewnia układ wspomagany elektrownią szczytowo-pompową.
Zależnie od aktualnego stanu produkcji prądu w OZE i potrzeb energetycznych odbioru, pracuje ona trybie pompowym przetłaczając wodę na wyższy poziom w okresie, gdy występuje nadmiar energii i szybko przestawia się z trybu poboru prądu na jego wytwarzanie przez turbinę wodną, reagując na spadek dopływu energii ze źródeł OZE co stabilizuje bilans energetyczny całego układu.
Jednak powoduje to dość znaczne straty przetwarzanej (choć darmowej) energii sięgające nawet 30% uwzględniając sprawność pomp i turbin i generatorów.
W skali mikro prąd pozyskiwany z fotowoltaiki z przeznaczeniem do zaspokojenia energii cieplnej w krótkich okresach na potrzeby indywidualne, można wykorzystać do podgrzania i zmagazynowania np. wody zasilającej instalację centralnego ogrzewania.
Z reguły nie zagwarantuje to pokrycia w pełni potrzeb energetycznych w sezonie zimowym, ale wspomoże tradycyjne źródło ciepła. Orientacyjnie w miesiącach październik - marzec przeciętny zysk energetyczny z instalacji PV w ciągu dnia osiąga ok. 0,4 kWh/m2 paneli fotowoltaicznych.
Przechowywanie energii ze źródeł konwencjonalnych
Magazynowanie energii pozyskiwanej z OZE jest z reguły warunkiem koniecznym dla zapewnienia możliwości efektywnego z niej korzystania, ale akumulacja energii jest również wskazana przy korzystaniu z niektórych tradycyjnych form wytwarzania ciepła.
Magazynowanie takiej energii może wynikać z zapewnienia optymalnych warunków współpracy elementów instalacji grzejnej jak i możliwości pracy ogrzewania przy zasilaniu prądem w czasie obowiązywania niższej taryfy cenowej za energię elektryczną.
W sezonie grzewczym kocioł pracuje w bardzo szerokim zakresie mocy zależnie od warunków pogodowych i powinien zapewniać efektywne ogrzewanie przy najniższych przewidywanych temperaturach zewnętrznych, co z reguły trwa jedynie przez krótki czas, gdy pracuje on pełną mocą przy wysokiej temperaturze zasilania.
Dlatego instalacje centralnego ogrzewania - zasilane zwłaszcza z kotła na paliwa stałe - wyposażamy w bufor - zbiornik magazynujący nagrzany czynnik grzewczy, co ułatwia dostosowanie temperatury wody obiegowej do aktualnego zapotrzebowania na ciepło i jednocześnie utrzymanie optymalnych warunków pracy samego kotła. Ich pojemność najczęściej nie przekracza 300 litrów i są szczególnie zalecane przy zasilaniu ogrzewania podłogowego z kotła na paliwo stałe.
Dzięki temu kocioł może pracować cyklicznie z okresowym uzupełnianiem paliwa, co zapewnia pracę wysokotemperaturową wymaganą zwłaszcza dla kotłów zgazyfikującego drewno, a zasilanie instalacji grzewczej będzie odbywać się wodą o znacznie niższej temperaturze.
Dobrym rozwiązaniem w takich instalacjach będzie zamontowanie zbiornika z wężownicą, która pozwoli na rozdzielenie otwartego obiegu kotłowego od cyrkulacji zamkniętej po stronie grzejnikowej - zastąpi on wtedy wymiennik płytowy.
Zainstalowanie dostatecznie dużego zbiornika akumulacyjnego umożliwia też ekonomiczne ogrzewanie domu prądem, gdy jego pobór ograniczony zostanie do czasu obowiązywania tańszej tzw. nocnej taryfy za energię elektryczną.
Alternatywnym rozwiązaniem oszczędnego wykorzystania prądu, będzie magazynowanie ciepła w indywidualnych piecach akumulacyjnych wyposażonych w układ regulowanego rozładowania.
Formy i efektywność magazynowania energii
W instalacjach domowych najczęściej dążymy do przechowania nadmiaru energii cieplnej wykorzystując do tego przede wszystkim zbiorniki na wodę. Przemawia za tym najwyższe ze wszystkich materiałów jej ciepło właściwe, dostępność czy wygodne rozprowadzanie.
Masowe ciepło właściwe wody wynosi 4,19 kJ/ kg K, ale możliwość akumulacji energii jest ograniczona przez bezpieczną w użyciu temperaturę (do 100°C) oraz stosunkowo niewielka gęstość ok. 1 kg/ dm3, co wymaga sporej objętości do zmagazynowania potrzebnej energii.
Przy określaniu poziomu retencji energii cieplnej w zbiorniku z wykorzystaniem do zasilania instalacji grzewczej, przyjmuje się typowe parametry temperaturowe - 90°C temperatura ładowania i 40°C rozładowania , co pozwala przechować w zbiorniku o pojemności 1000 litrów ok. 200 MJ energii, umożliwiając pracę ogrzewania ze średnią mocą ok. 5,5 kW przed 10 godzin.
Oczywiście zbiornik powinien być dobrze zaizolowany cieplnie, a obieg wody regulowany np. przez termostatyczny zawór mieszający. Rozwiązanie to można również wykorzystać przy zasilaniu prądem z fotowoltaiki (w trybie off grid), choć oczywiście prognozowany stopień naładowania będzie zależeć od aktualnych warunków atmosferycznych - teoretycznie taki stopień naładowania zapewni instalacja PV mocy 10 kW przy ciągłym nasłonecznieniu przez 6-7godzin.
Trzeba jednak pamiętać, że wykorzystanie zmagazynowanej nagrzanej wody może nie pozwalać na dostateczne ogrzanie pomieszczeń, jeśli nie uwzględni się spadku temperatury zasilania w wyniku rozładowywania zbiornika, mimo zmagazynowania nominalnie wystarczającej energii cieplnej.
Rzutuje to bowiem na zmniejszenie mocy grzejne grzejników, których wielkość powinna być dostosowana do parametrów niskotemperaturowych, również dla ekstremalnie niekorzystnych warunków pogodowych.
Problemy takie nie wystąpią, jeśli akumulacja energii nastąpi w wysokotemperaturowych materiałach, wykorzystywanych w piecach akumulacyjnych. Wkłady magazynujące ciepło nagrzewane są bowiem do temperatury 500-600°C, co pozwala na przechowywanie w stosunkowo niewielkiej objętości znacznej energii. Np. magnezytowy wkład o masie 200 kg i objętości pieca ok. 0,16 m3 zapewnia stabilne rozładowanie stałą mocą ok. 5 kW przez 10-11 h.
Autor: Redakcja BudownicwaB2B
Opracowanie: Aleksander Rembisz
Zdjęcia: Growatt New Energy, Galmet, STIEBEL ELTRON, Columbus Energy, BDR Thermea Poland/De Dietrich
Komentarze