|
WPROWADZENIE
Energetyka
słoneczna w Polsce wchodzi w nowy etap rozwoju.
Pionierskie dla przemysłu energetyki słonecznej lata 90.
zaowocowały powstaniem pierwszych firm produkujących
kolektory słoneczne do podgrzewania wody i budową kilku
tysięcy metrów kwadratowych powietrznych kolektorów
słonecznych dla rolnictwa, ale nie udało się stworzyć
ani rynku, ani liczącego się przemysłu w tym zakresie.
Wydana w 1992 r., jedna z pierwszych i znanych
publikacji z tego zakresu, książka pt. „Kolektory
słoneczne – poradnik wykorzystania energii słonecznej”,
nagrodzona w 1993 r. przez ministra ds. budownictwa, w
znacznej części, wobec braku rynku, przemysłu i
sprawdzonych wyrobów, promowała budowę kolektorów
słonecznych, głównie sposobem gospodarczym.
Wiadomo było, że
wykorzystanie energii ze źródeł odnawialnych przynosi
wiele korzyści, takich jak: dywersyfikacja zasilania w
nośniki energetyczne i polepszenie bezpieczeństwa
energetycznego kraju, ochrona środowiska, dzięki
zastępowaniu paliw kopalnych, oraz rozwój małych i
średnich przedsiębiorstw i tworzenie nowych miejsc
pracy. Uwzględniając to, we wrześniu 2000 r., Rząd RP
przyjął dokument „Strategia rozwoju energetyki
odnawialnej". Wyznaczono w nim ogólny cel ilościowy –
7,5% udziału energii odnawialnej w bilansie energii
pierwotnej kraju w 2010 r. oraz odpowiednie cele
cząstkowe, w tym zwiększenie w ciągu 10 lat powierzchni
zainstalowanej w termicznych kolektorach słonecznych o
700 000 m2. Od kilku lat tempo wzrostu tego sektora jest
wysokie i przekracza 20–30% rocznie, i choć łączna
powierzchnia zainstalowana kolektorów słonecznych w
kraju przekroczyła w końcu 2007 r. 230000 m2, to
wyznaczony w 2010 r. cel ilościowy wydaje się raczej
trudny do osiągnięcia.
Rządowa strategia
ułatwiła wsparcie dla inwestorów w termicznej energetyce
słonecznej w postaci dotacji i
preferencyjnych pożyczek z krajowych funduszy
ekologicznych. Ale inwestorzy w energetyce słonecznej, w
przeciwieństwie do rynków końcowych zielonej energii
elektrycznej i biopaliw
transportowych, nie korzystali ze wsparcia zielonych
certyfikatów czy ulg podatkowych na etapie eksploatacji
systemów słonecznych. Energetyka słoneczna w znacznym
zakresie rozwija się siłami rynkowymi i naturalną
potrzebą obywateli i gospodarstw domowych do
uniezależniania się od ryzyka coraz to droższych paliw
kopalnych oraz coraz większą dbałością instytucji
publicznych o ochronę środowiska.
Obecnie, inaczej
niż na początku lat 90., nie ma już problemu z nabyciem
instalacji słonecznej i praktycznie
każda poważna firma oferująca systemy grzewcze jest w
stanie zainstalować kolektor słoneczny. Wejście Polski
do UE otworzyło rynek zarówno dla krajowych eksporterów,
jak i importerów, zaś systematyczny wzrost cen paliw i
energii, szybki rozwój budownictwa mieszkaniowego i
oddawanie do użytku ponad 100 tys. nowych mieszkań
rocznie sprzyjały bardziej niż w latach 90. rozwojowi
energetyki słonecznej. Polska przejęła europejski system
norm, jakości i certyfikacji kolektorów słonecznych.
Obecnie aktywnie działa ponad czterdziestu producentów
kolektorów słonecznych (krajowych i zagranicznych) i
ponad tysiąc współpracujących z nimi firm
instalatorskich, a roczne obroty na krajowym rynku
energetyki słonecznej przekraczają 150 mln zł.
Zadowoleniem
napawa fakt, że wraz z rozwojem możliwości produkcji
zielonego ciepła z kolektorów
słonecznych, rozwinął się krajowy przemysł. Ponieważ w
innych sektorach energetyki odnawialnej nie zawsze
produkcja i montaż urządzeń nadążają za rynkiem energii,
inwestorzy muszą ponosić większe koszty i zazwyczaj mają
gorsze warunki dostawy. Nie wydaje się jednak, aby
wyniki, jakie dotychczas osiągnął sektor energetyki
słonecznej, były w pełni satysfakcjonujące. Pomimo
postępu technologicznego i dobrych wyników sprzedaży,
produkując ok. 175 TJ zielonego ciepła w ciągu roku,
sektor energetyki słonecznej zapewnia jedynie 0,1% całej
podaży energii ze źródeł odnawialnych w Polsce, których
udział w bilansie zużycia energii w Polsce przekroczył
7%. Istnieje zatem olbrzymi potencjał energetyki
słonecznej do zagospodarowania przez krajowych
inwestorów.
Pojawiają się
nowe impulsy dla całej energetyki odnawialnej, w tym w
szczególności dla energetyki słonecznej. Przełom lat
2007/2008 to początek szybkiego i niespotykanego
dotychczas w Polsce wzrostu cen paliw i energii. W
styczniu 2008 r. Komisja Europejska ogłosiła nowy pakiet
klimatyczny i projekt nowej dyrektywy o promocji
stosowania energii ze źródeł odnawialnych z nowym celem
dla Polski – 15% udział energii ze źródeł odnawialnych w
bilansie zużycia energii w 2020 r. W pakiecie tym, w
odróżnieniu od poprzedniej dyrektywy, rozwój zielonej
energii elektrycznej jest równoprawny z rozwojem
zielonego ciepła. Przygotowując polską odpowiedź na nowe
wyzwanie, Instytut Energetyki Odnawialnej (EC BREC IEO)
ocenił, że w 2020 r. energetyka słoneczna powinna
dostarczyć 16 000 TJ ciepła w systemach ogrzewania c.w.u.
i systemach ogrzewania
pomieszczeń (systemów typu „kombi”), przy utrzymaniu 33%
średniorocznego tempa wzrostu i osiągnięciu wskaźnika
powierzchni zainstalowanej kolektorów słonecznych na
poziomie 0,4 m2 na głowę mieszkańca. Na koniec 2007 r.
wskaźnik ten wynosił poniżej 0,01. Tak intensywny rozwój
rynku powinien prowadzić zarówno do dalszego postępu
technologicznego, jak i poprawy efektywności oraz
obniżenia kosztów i poprawy konkurencyjności w całym
sektorze.
Wprowadzanie
coraz lepszych technologii energetyki słonecznej będzie
szło w parze ze wzrostem zainteresowania osób
fizycznych, małych i średnich przedsiębiorstw oraz
sektora publicznego do korzystania z czystej, ale
również tańszej energii z kolektorów słonecznych.
Pełzający wzrost cen energii i paliw w latach 2000–2006,
przechodzi właśnie w fazę szybkich wzrostów i epokę
drogich konwencjonalnych nośników energii, a energetyka
słoneczna staje się w okresie zawirowań cenowych
sposobem na obniżenie rachunków za energię elektryczną i
gaz.
Niniejsza książka ma być pomocna inwestorowi i
potencjalnemu użytkownikowi w doborze elementów
wyposażenia instalacji słonecznej, zakupie i jej montażu
oraz prawidłowej eksploatacji. Książka może być
wykorzystywana także przez inżynierów, projektantów i instalatorów
pracujących w przemyśle energetyki słonecznej oraz jako
podręcznik uzupełniający na studiach inżynierskich na
specjalnościach technika cieplna, odnawialne źródła
energii i heliotechnika.
Znajomość tej, ciągle jeszcze w Polsce nowej techniki,
rozpoznanie własnych potrzeb energetycznych oraz
możliwość wyboru dostawcy i typu kolektora umożliwią
uniknięcie popełnienia często kosztownych i kłopotliwych
błędów. Książka ma też szerszy charakter edukacyjny, a
dzięki rozdziałowi poświęconemu budowie kolektorów
słonecznych sposobem gospodarczym, może także być też
wykorzystana jako pomoc dla szkół zawodowych
kształcących techników instalatorów, mechaników i
elektryków, a także przez majsterkowiczów i hobbystów
zainteresowanych budową i wykonaniem kolektorów
słonecznych.
W niniejszej
pracy rozpatrzono wiele wariantów budowy i zastosowań
kolektorów słonecznych. Poza najbardziej popularnymi
kolektorami słonecznymi płaskimi i wchodzącymi na rynek
kolektorami próżniowymi wykorzystywanymi nie tylko do
podgrzewania wody w tradycyjnych domowych systemach
ciepłej wody użytkowej (c.w.u.), ale i w systemach
ogrzewania pomieszczeń (c.o.), omówiono także ich
zastosowanie w przemyśle przetwórczym oraz zasady ich
stosowania w instalacjach wielkowymiarowych, z
długookresowym (sezonowym) magazynowaniem ciepła. Dość
obszernie omówiono także zasadę budowy i wykorzystania
powietrznych kolektorów słonecznych do dogrzewania
pomieszczeń i do suszenia. Podano szereg praktycznych
wskazówek dla inwestorów i użytkowników instalacji
słonecznych, w tym zasady zakupu i oceny jakości
urządzeń (badań i certyfikacji) oraz pełnej oceny
ekonomicznej. Praca wzbogacona jest opisem przykładowych
(modelowych) instalacji zamontowanych w latach
2004–2006.
Książka składa
się z 10 rozdziałów.
W rozdziale 1
przedstawiono wyjściowe parametry meteorologiczne
potrzebne do określenia potencjalnej energii użytecznej
promieniowania słonecznego w przewidywanym miejscu
lokalizacji instalacji słonecznej i przy określonym
ustawieniu powierzchni kolektora (-ów).
W rozdziale 2
omówiono kolektory słoneczne jako podstawowe elementy
instalacji słonecznych. Przedstawiono dane techniczne,
wymagania materiałowe, charakterystyki różnych typów
kolektorów słonecznych. Mogą one służyć jako dane
wyjściowe do projektowania instalacji słonecznych. Będą
też bardzo pomocne dla klientów kupujących gotowe
kolektory, zwłaszcza do weryfikacji informacji zawartych
w ofertach handlowych. W rozdziale tym umieszczono także
opisy przykładowych projektów prostych kolektorów
słonecznych, szczególnie – zdaniem autorów –
odpowiednich do samodzielnego wykonania.
W rozdziale 3
omówiono atrakcyjne obszary wykorzystania wodnych
kolektorów słonecznych, w budynkach
jednorodzinnych i wielorodzinnych, budynkach publicznego
użytkowania, hotelach, campingach oraz w basenach,
drobnym przemyśle, przetwórstwie rolno-spożywczym, a
także przedstawiono rolę, jaką mogą spełnić aktywne
systemy słoneczne w ogrzewaniu budynków
niskoenergetycznych i pasywnych.
W rozdziale 4
przedstawiono praktyczne aspekty budowy i montażu oraz
użytkowania instalacji z kolektorami słonecznymi,
służącymi do podgrzewania wody, w szczególności
indywidualnych instalacji c.w.u. Oprócz integracji
kolektorów słonecznych z systemami grzewczymi i
budynkami, z uwzględnieniem systemów typu kombi,
szczególną uwagę zwrócono na kwestię magazynowania
ciepła oraz na specyfikę instalacji wielkowymiarowych.
W rozdziale 5
omówiono podstawy budowy i wykorzystania powietrznych
kolektorów słonecznych wraz z możliwością ich budowy
metodą gospodarczą.
W rozdziale 6
omówiono praktyczne zasady, jakimi trzeba się kierować
przy zakupie kolektorów słonecznych oraz podstawowe
przepisy prawne dotyczące bezpieczeństwa budowy i
eksploatacji kolektorów słonecznych. W celu lepszego
poruszania się po rynku urządzeń, producentów i dostawców
dość szczegółowo omówiono sytuacje na rynku kolektorów
słonecznych.
Rozdział 7
poświęcony jest certyfikacji kolektorów słonecznych i
daje podstawę do porównań jakościowych wyrobów.
Rozdział 8
dotyczy efektywności ekonomicznej kolektorów
słonecznych. Przedstawiono uniwersalną i porównawczą
metodę oceny ekonomicznej instalacji, trendy i prognozy
cenowe na nośników energii i sposoby ich uwzględnienia w
rachunku ekonomicznym, a w rozdziale 9 podano
praktyczne informacje o zasadach dofinansowania zakupu
kolektorów słonecznych.
Rozdział 10
zawiera 7 przykładów zrealizowanych instalacji
słonecznych z wykorzystaniem różnych typów kolektorów
słonecznych o różnej wielkości i przeznaczeniu, które
mogą służyć jako punkty odniesienia do planowania nowych
inwestycji.
Opisy w części monitorowanych instalacji, wybrane
spośród nadesłanych przez instalatorów w odpowiedzi
na ankietę autorów książki, pozwalają na odniesienie
zasad projektowania (np. proporcje wielkości komponentów
instalacji) omówionych w książce, do rzeczywistych
warunków realizacji inwestycji.
Spis treści
Wprowadzenie 7
1. Promieniowanie
słoneczne. Zasoby energii słonecznej w Polsce
1.1. Parametry i składowe promieniowania słonecznego
1.2. Rejonizacja zasobów energii słonecznej w Polsce na
potrzeby instalowania kolektorów słonecznych
1.3. Optymalny kąt nachylenia kolektora słonecznego do
poziomu
1.4. Wartości natężenia promieniowania słonecznego oraz
liczby godzin słonecznych w Polsce niezbędne do
wstępnych obliczeń kolektorów słonecznych
2. Zasada
działania, budowa, materiały oraz parametry techniczne
kolektorów słonecznych
2.1. Zasady konwersji fototermicznej a budowa kolektora
słonecznego
2.2. Materiały na kolektory słoneczne
2.3. Kolektory słoneczne do podgrzewania wody
2.3.1. Kolektory słoneczne z płaskimi absorberami
2.3.2. Kolektory słoneczne z absorberami w postaci rur
próżniowych
2.4. Kolektory słoneczne do podgrzewania powietrza
2.5. Parametry techniczne i eksploatacyjne
2.6. Krótki przegląd konstrukcji kolektorów słonecznych
wytwarzanych sposobem gospodarczym
2.6.1. Samodzielna budowa kolektora słonecznego z rur
miedzianych do podgrzewania wody
2.6.2. Zbiornik wodny jako prosty kolektor energii
słonecznej współpracujący z domową termą c.w.u.
2.6.3. Rurowy kolektor słoneczny nadciśnieniowy do
podgrzewania powietrza
2.6.4. Ścienny kolektor powietrzny do dogrzewania
mieszkań, hal i magazynów
3. Instalacja
kolektorów słonecznych w poszczególnych zastosowaniach
3.1. Możliwości instalowania kolektorów słonecznych do
podgrzewania ciepłej wody użytkowej
3.1.1. Budynki jednorodzinne i wielorodzinne
3.1.2. Budynki użytkowania publicznego
3.1.3. Hotele, campingi
3.2. Inne zastosowania
3.2.1. Baseny
3.2.2. Drobny przemysł i przetwórstwo rolno-spożywcze
3.2.3. Ogrzewanie budynków niskoenergetycznych i
pasywnych
4. Budowa,
obliczanie i dobór instalacji użytkowych – instalacje do
podgrzewania wody
4.1. Właściwości czynników roboczych w instalacjach
użytkowych z kolektorami słonecznymi
4.2. Instalacje do podgrzewania wody
4.2.1. Systemy i układy do wykorzystania ciepłej wody z
kolektorów słonecznych 83
4.2.2. Elementy instalacji użytkowych
4.2.3. Dobór i obliczanie kolektorów
4.3. Instalacje typu KOMBI do przygotowania c.w.u. i
ogrzewania pomieszczeń
4.4. Instalacje wielkowymiarowe kolektorów słonecznych
4.4.1. Ogólna charakterystyka instalacji
wielkowymiarowych i ich specyficzne wymagania
4.4.2. Elementy wielkowymiarowych instalacji słonecznych
5. Instalacje do
podgrzewania powietrza
5.1. Zastosowanie powietrznych kolektorów słonecznych
5.2. Systemy i instalacje użytkowe z kolektorami
słonecznymi do podgrzewania powietrza
5.3. Elementy instalacji użytkowych powietrznych
kolektorów słonecznych
5.4. Praktyczne uwagi o lokalizacji, wykonaniu i
instalowaniu powietrznych systemów słonecznych
6. Zakup,
instalacja i eksploatacja kolektorów słonecznych
6.1. Organizacja rynku kolektorów słonecznych
6.2. Warunki zakupu kolektorów słonecznych i instalacji
słonecznych
6.3 Wytyczne do prawidłowej eksploatacji systemów i
poprawności działania instalacji
6.4. Bezpieczeństwo budowy i eksploatacji kolektorów
słonecznych
7. Certyfikacja i
badania kolektorów słonecznych
7.1. Formalno-prawne podstawy oceny wyrobów w UE
7.2. Certyfikacja obowiązkowa
7.3. Certyfikacja dobrowolna
7.4. Normy europejskie dotyczące kolektorów i instalacji
słonecznych
7.5. Inne certyfikaty spotykane w Polsce
7.6. Badania kolektorów słonecznych
7.6.1. Charakterystyka cieplna
7.6.2. Badania trwałościowe
7.6.3. Możliwości badań i certyfikacji kolektorów
słonecznych w Polsce
8. Ekonomika
wykorzystania kolektorów słonecznych
8.1. Efektywność ekonomiczna budowy kolektorów
słonecznych
8.2. Opłacalność zakupu instalacji kolektorów
słonecznych do podgrzewania c.w.u. w domu jednorodzinnym
9. Możliwości
wsparcia finansowego inwestorów budujących instalacje
słoneczne
10. Przykłady
instalacji z kolektorami słonecznymi
Bibliografia
<wróc> |