Odnawialne źródła energii w domach mieszkalnych

OZE - opłacalne i coraz bardziej dostępne

Odnawialne źródła energii (w skrócie OZE) pozwalają na zredukowanie zużycia węgla, oleju i gazu, co prowadzi do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń. Z tego względu Unia Europejska przyjęła pakiet klimatyczno-energetyczny, nazywanym planem 20/20/20. Określono w nim cele, które mają zostać osiągnięte do 2020 roku: redukcja emisji CO2 o 20%, wzrost zużycia energii z OZE do 20% oraz zwiększenie efektywności energetycznej o 20% przez stosowanie energooszczędnych rozwiązań w budownictwie.

Dotacje do energii odnawialnej

W wielu krajach wprowadzono więc mechanizmy wspierania odnawialnych źródeł, co pozwoliło na przykład na szerokie zastosowanie ogniw fotowoltaicznych w Niemczech i Czechach.

Opłacalność alternatywnych źródeł energii

Niestety, jest też druga strona medalu. Niektóre technologie związane z OZE są nadal bardzo drogie, więc ich wykorzystanie nie zawsze jest uzasadnione ekonomicznie. Zwolennicy OZE wskazują jednak na to, że dzięki postępowi nauki i konkurencji na rynku, ceny wielu urządzeń są coraz bardziej dostępne dla inwestorów.

Pompa ciepła - niskie koszty eksploatacji

We właściwie zaprojektowanej instalacji pompy ciepła mogą czerpać ze środowiska (z gruntu, wody bądź powietrza) nawet 75-80% energii cieplnej. Przekazują ją następnie do systemu grzewczego, który zapewnia nam oczekiwaną wysokość temperatury w pomieszczeniach oraz ciepłą wodę do mycia.

Zalety pompy ciepła

Najważniejszym argumentem przemawiającym za montażem pompy ciepła, są niskie koszty jej eksploatacji. Może to wydawać się niektórym dziwne, bowiem podczas działania pompa pobiera prąd, który - jak wiemy - jest dość drogi. Zużywa go jednak niewiele - na poziomie 0,2-0,25 kWh, a w zamian dostarcza 1 kWh energii cieplnej.

Użytkownicy z pewnością docenią to, że po zaprogramowaniu pompa nie wymaga żadnej obsługi. Poza tym, konserwacja tego urządzenia nie jest droga. Co więcej, pompa ciepła nie potrzebuje specjalnego pomieszczenia do montażu, magazynu opału oraz komina.

fot. Vaillant

Moduł wewnętrzny pompy ciepła.

Montaż i użytkowanie pompy ciepła

Planując montaż pompy ciepła w modernizowanej instalacji grzewczej, powinniśmy wziąć pod uwagę szereg kwestii.

Współpraca z grzejnikami. Pompa ma tym wyższą sprawność, im niższa jest temperatura wody w instalacji. W nowym domu łączy się ją więc z ogrzewaniem podłogowym, które najczęściej zasila się wodą o temperaturze 35°C. W budynku poddanym termomodernizacji ciężko jest wykonać podłogówkę, więc pozostawia się grzejniki. Powinno się wówczas zwiększyć ich powierzchnię tak, aby temperatura wody w instalacji w czasie mrozów nie przekraczała 55°C. W praktyce jednak nie jest to konieczne, gdyż po ociepleniu domu stare grzejniki dostarczą wystarczającą ilość ciepła przy tej temperaturze wody.

Dobór rodzaju pompy ciepła. Dużą popularnością cieszy się pompa powietrzna. Montuje się ją prościej i szybciej niż pozostałe modele, gdyż nie wymaga prac ziemnych. Niestety, zimą wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej, spada jej moc i sprawność. Z tego względu należy ją stosować z dodatkowym źródłem ciepła - kominkiem, kotłem lub grzałką elektryczną.

Pompa gruntowa, pobierająca ciepło z pionowych odwiertów (inaczej sond gruntowych) o głębokości do 100 m, pracuje w bardziej stabilnych warunkach, dzięki czemu jej efektywność nie ulega tak dużym wahaniom.

Pompę czerpiącą ciepło z wody wykorzystuje się rzadko, ze względu na kłopoty z jej eksploatacją.

Kolektory słoneczne - dodatkowe źródło energii

Zastosowanie kolektorów słonecznych pozwala zredukować zużycie energii do podgrzewania ciepłej wody nawet o 60% w skali roku. Dzięki temu niższe będą koszty eksploatacji tradycyjnego źródła ciepła, które jest wykorzystywane do podgrzewania wody, na przykład kotła czy grzałki elektrycznej.

Korzyści z kolektorów słonecznych

Zastosowanie kolektorów słonecznych pozwala zredukować zużycie energii do podgrzewania ciepłej wody nawet o 60% w skali roku. Dzięki temu niższe będą koszty eksploatacji tradycyjnego źródła ciepła, które jest wykorzystywane do podgrzewania wody, na przykład kotła czy grzałki elektrycznej.

Instalacja solarna nie jest tania. Dlatego zwrot nakładów poniesionych na jej montaż zależy głównie od tego, czym podgrzewamy wodę. Jeśli będzie to gaz ziemny, to oszczędności dla 4-osobowej rodziny wyniosą nie więcej 250-300 zł/rok. Będą one jednak nawet 3-krotnie większe, gdy ciepła woda przygotowywana jest za pomocą gazu płynnego, oleju opałowego lub prądu.

Czas zwrotu inwestycji zależy również od zużycia wody. Dlatego kolektory bardziej opłaca się montować, gdy z ciepłej wody korzystają 4 osoby niż 2.

Duży wpływ na opłacalność montażu kolektorów ma możliwość uzyskania wsparcia z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska. Można w ten sposób uzyskać nawet do 45% dofinansowania, pomniejszonego o podatek dochodowy oraz koszty kredytu.

Rys. Wawrzyniec Święcicki

W zależności od ustawienia kolektorów względem stron świata, uzyskamy różną ich efektywność: A - 100% - kolektory ustawione optymalnie, czyli na południe i pochylone do poziomu pod kątem 30-40 stopni; B - 95% - przy odchyleniu od kierunku południowego o 45 stopni na wschód lub zachód i pochyleniu pod kątem 30-40 stopni; C - 80% - przy ustawieniu kolektorów na wschód lub zachód.

Praktyczne uwagi. Instalacja i użytkowanie kolektorów słonecznych

W budynku po kompleksowej termomodernizacji instalacja służąca do wspomagania podgrzewania wody do mycia składa się z reguły z 2-4 kolektorów współpracujących ze zbiornikiem o pojemności 300-500 l.

Miejsce montażu kolektorów słonecznych. Najlepiej zamontować panele na południowej połaci dachu. Odchylenie do 45 stopni w kierunku wschodnim lub zachodnim nie powoduje znacznego spadku ich sprawności. Gdy do tego celu możemy wykorzystać część dachu skierowaną na wschód lub zachód, należy wówczas zwiększyć liczbę paneli. Inną opcją jest umieszczenie ich na gruncie lub elewacji.

Ważny jest również kąt nachylenia kolektorów - w naszych warunkach klimatycznych zaleca się, aby mieścił się on w zakresie 30-60 stopni. Jeśli więc dach ma zbyt mały kąt nachylenia (lub montaż przewidziany jest na dachu płaskim), należy zastosować odpowiednie wsporniki.

Dobór zbiornika. Im będzie on większy, tym wyższa sprawność instalacji solarnej, ale też i większe koszty zakupu oraz ryzyko rozwoju groźnych dla zdrowia bakterii. Dlatego należy pamiętać o okresowej dezynfekcji termicznej wody zgromadzonej w zasobniku. Można też wybrać rozwiązanie, w którym ciepłą wodę uzyskuje się w sposób przepływowy z wymiennika o wysokiej mocy i małej pojemności.

Uwaga! Zanim w starym domu umieścimy zbiornik na poddaszu, poradźmy się fachowca, czy strop wytrzyma takie obciążenie.

Aby straty ciepła w instalacji solarnej były jak najmniejsze, rury łączące kolektory ze zbiornikiem powinny być jak najkrótsze. Poza tym należy je ocieplić izolacją o grubości 25-30 mm jeśli znajdują się na zewnątrz, i 20 mm gdy są wewnątrz domu.

Fot. archiwum redakcji/Makroterm

Po lewej: Izolacja rur instalacji solarnej powinna być odporna na warunki atmosferyczne. Po prawej: W instalacji solarnej montuje się zbiorniki o dużej pojemności - od 300 do 500 l.

Spalanie biomasy

Pod pojęciem biomasy rozumiemy paliwa pochodzenia roślinnego - zrębki, drewno w postaci polan, pelety, ziarna zbóż i słomę oraz rośliny energetyczne (szybko rosnące wierzby, topole).

Korzyści ze spalania biomasy

Spalanie biomasy uważa się za korzystne dla środowiska naturalnego, gdyż do atmosfery dostaje się tyle CO2, ile te drzewa i rośliny pochłaniają podczas swojego wzrostu. Przyjmuje się zatem, że bilans emisji dwutlenku węgla jest zerowy. Natomiast emisja pozostałych szkodliwych substancji - takich jak tlenek węgla, dwutlenek siarki, tlenki azotu, pyły - jest niewielka. Ponadto, po spalaniu biomasy powstaje znacznie mniej popiołu, niż po spaleniu węgła, i nie trzeba go utylizować. Można go z powodzeniem wyrzucać na kompost, a potem wykorzystać jako wysokiej jakości nawóz mineralny.

Jeśli mamy gospodarstwo rolne, możemy sobie "wyhodować paliwo" i ogrzewać nim dom oraz wodę do mycia, spalając na przykład owies (budzi to jednak wiele kontrowersji). Inną opcją jest uprawa specjalnej odmiany wierzby energetycznej.

Do spalania słomy służą specjalne kotły. Mogą one pracować  w instalacji grzewczej grawitacyjnej lub wyposażonej w pompę obiegową.

Jeśli planujemy ogrzewać dom biomasą, zwróćmy uwagę na:

Magazyn paliwa. Słoma, ziarna zbóż, trociny czy zrębki wymagają wygospodarowania znacznej ilości miejsca do ich składowania. Ich zakup i transport na większe odległości nie jest bowiem opłacalny. Z tego powodu najkorzystniejszym rozwiązaniem jest wykorzystanie słomy czy ziarna zbóż na cele grzewcze przez gospodarstwo rolne, które je produkuje.

Drewna opałowego nie trzeba koniecznie przechowywać w domu. W kotłowni warto urządzić jedynie podręczny skład paliwa, które wystarczy na około tydzień palenia. Natomiast główny magazyn paliwa może znajdować się na dworze - ułożone w stos drewno najlepiej składować pod wiatą. Aby wyschło powinno być sezonowane 18-24 miesiące.

Pelety pakowane są w 15- lub 25-kilogramowe worki i dostarczane na paletach. Przechowuje się je wówczas na przykład w kotłowni za ścianką z niepalnego materiału. Można je też kupić luzem, ale wtedy dla domu o powierzchni 150 m2 na magazyn trzeba przeznaczyć nie mniej niż 2,2 m2 pomieszczenia, przy założeniu wysokości składowania 1,6 m.

Rys. Wawrzyniec Święcicki

Pelety z biomasy należy składować w suchym pomieszczeniu ? wilgotny granulat źle się pali.

Wygoda obsługi. Wśród urządzeń przeznaczonych do spalania biomasy, najmniej uciążliwe w codziennej obsłudze są kotły na pelety. Są one fabrycznie wyposażone w zbiornik, z którego automatycznie podawane jest paliwo do paleniska. Dzięki temu jeden pełny załadunek zbiornika paliwa, zależnie od jego wielkości oraz temperatury na zewnątrz i wewnątrz, wystarczy na okres od 3 do 5 dni palenia. Jeszcze wygodniejszą obsługę zapewni nam kocioł, który automatycznie będzie pobierał paliwo ze składu opału.

Ogniwa fotowoltaiczne i dodatkowe instalacje

Ogniwa fotowoltaiczne, podobnie jak kolektory, pozyskują energię słoneczną. Jednakże wytwarzany przez nie prąd stały o niewielkim napięciu jest trudny do bezpośredniego wykorzystania w domu. Dlatego kolejnym elementem instalacji jest falownik, który przetwarza prąd stały na zmienny. Dodatkowo, do zmagazynowania nadwyżek energii elektrycznej stosuje się akumulator.

Opłacalność inwestycji w panele fotowoltaiczne

Do niedawna efektywne wykorzystanie tej technologii w gospodarstwach domowych blokowały uregulowania prawne. Aby móc wytwarzać prąd, należało przejść uciążliwą procedurę podłączenia do sieci oraz prowadzić działalność gospodarczą. Obecnie, na mocy nowych przepisów, koszty podłączenia mikroinstalacji OZE (dla ogniw fotowoltaicznych oznacza to system o mocy do 40 kW) do sieci energetycznej ponosi firma dystrybucyjna. Poza tym, nie trzeba już prowadzić działalności gospodarczej.

Jedyne, co wstrzymuje inwestorów przed montażem instalacji ogniw fotowoltaicznych, to ich stosunkowo niewysoka sprawność w skali roku, dość duże koszty instalacji oraz proponowana cena zakupu nadwyżek energii przez zakłady energetyczne.

Oszacowano, że opłacalność tej instalacji można uzyskać pod warunkiem sprzedaży energii w cenie około 1,20 zł/kWh. Natomiast ta zaproponowana obecnie cena zakupu wynosi 80% ceny energii na rynku z ubiegłego roku, czyli około 0,16 zł/kWh. Zatem na razie korzystniej jest wykorzystać ogniwa fotowoltaiczne do redukcji zużycia prądu, niż do sprzedaży nadwyżek. Zredukowanie zużycia prądu o 1 kWh pozwoli na oszczędności około 0,4-0,5 zł/kWh.

Przewidywania rozwoju technologii ogniw fotowoltaicznych

Trudno w obecnej chwili przewidzieć kierunki rozwoju tej technologii w Polsce. Z jednej strony to metoda pozyskiwania energii elektrycznej niezanieczyszczająca środowiska, która powinna być jednym ze sposobów wywiązania się naszego kraju z podjętych zobowiązań dotyczących redukcji CO2. Z drugiej - dopłaty do tej technologii jakie zapewniały poszczególne kraje, na przykład Niemcy czy Czechy, stanowiły tak znaczne obciążenie dla ich budżetów krajowych, że po pewnym czasie były redukowane lub też wprowadzano podatek od zysków ze sprzedaży energii elektrycznej.

Przydomowe elektrownie wiatrowe

Wielu inwestorów zastanawia się nad montażem przydomowej elektrowni wiatrowej. Tu, podobnie jak w przypadku ogniw fotowoltaicznych, kusi nas perspektywa zredukowania zużycia jednego z najdroższych nośników energii cieplnej, jakim jest prąd. Zastosowanie elektrowni wiatrowej wymaga jednak dokładnego przemyślenia.

Opłacalność inwestycji w przydomową turbinę wiatrową

To, czy montaż przydomowej elektrowni wiatrowej będzie opłacalny, zależy w dużej mierze od tego, ile energii elektrycznej uzyskamy dzięki jej pracy. Wynika to z wielu czynników, między innymi z warunków panujących na danym terenie, oraz z tego, na jakiej wysokości umieszczony jest wiatrak. Elektrownia wiatrowa będzie działać najlepiej, jeśli nie jest przesłonięta położonymi blisko budynkami czy lasem. Zaleca się jej montaż na przykład na wzniesieniu w otwartym terenie. Najczęściej wiatraki stawia się obok domu na masztach osadzonych w gruncie na fundamencie lub utrzymywanych odciągami. Mniejsze modele można montować na dachu budynku, co obniży koszty instalacji (nie będzie masztu). A jeśli wysokość usytuowania wiatraka nie przekroczy 3 m, nie trzeba będzie występować o pozwolenie na budowę.

Żywotność przydomowej elektrowni wiatrowej określa się na około 25 lat. W tym czasie będzie ona wymagała okresowej obsługi - trzeba się zatem liczyć z kosztami wymiany materiałów eksploatacyjnych oraz serwisem.

Przewidywania dotyczące elektrowni wiatrowych

Dotychczas stosowano proste sposoby zagospodarowania pozyskanej energii do podgrzewania wody do mycia i w instalacji grzewczej. Jeśli do tego celu wykorzystywany był wcześniej olej opałowy, gaz płynny czy prąd z sieci, wówczas montaż elektrowni wiatrowej może przynieść redukcję kosztów.

Trudno jednak obecnie jednoznacznie stwierdzić, czy produkcja energii z przydomowej elektrowni wiatrowej w Polsce zyska na popularności. Istotne znaczenie będą miały regulacje prawne dotyczące wykorzystania odnawialnych źródeł energii w naszym kraju, a przede wszystkim ewentualne mechanizmy wsparcia dla inwestorów.