Zasady działania instalacji fotowoltaicznej oraz pompy ciepła
Zasady działania instalacji fotowoltaicznej oraz pompy ciepła
Instalacja fotowoltaiczna oraz pompa ciepła to przykłady urządzeń wykorzystujących energię odnawialną. W czasach, gdy koszty energii są coraz wyższe, warto poszukać bardziej ekologicznych i ekonomicznych rozwiązań korzystających z odnawialnych źródeł energii (OZE). Zalet korzystania z OZE jest bardzo wiele, do najważniejszych z nich należą: niezależność energetyczna i poprawa bezpieczeństwa energetycznego, oszczędności na rachunkach za energię, ochrona środowiska poprzez zmniejszenie emisji szkodliwych substancji i poprawę jakości powietrza. Odnawialne źródła energii szybko się odbudowują i są praktycznie niewyczerpalne. Kolejną korzyścią z zastosowania OZE jest możliwość otrzymania różnorodnego dofinansowania, czy skorzystania z ulg podatkowych.
Głównym elementem instalacji fotowoltaicznej są panele fotowoltaiczne, które wykorzystując efekt fotowoltaiczny, przetwarzają energię słoneczną w prąd stały. Panele fotowoltaiczne składają się z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych (fotoogniw) wykonanych z półprzewodników, głównie z krzemu, rzadziej z selenu i germanu. Do pozostałych elementów instalacji fotowoltaicznej należy: falownik (inwerter), licznik dwukierunkowy oraz fakultatywnie system magazynowania energii. Wygenerowany przez panele fotowoltaiczne prąd stały nie jest jeszcze gotowy do użytku w domowej sieci elektrycznej i to właśnie inwerter (falownik) przekształca prąd stały w prąd zmienny o odpowiednich parametrach. Nowoczesne falowniki są wielofunkcyjne i monitorują także pracę całej instalacji fotowoltaicznej oraz są odpowiedzialne za optymalizację jej wydajności. Z kolei licznik dwukierunkowy instalacji fotowoltaicznej, zajmuje się pomiarem wytworzonej i zużytej przez użytkownika energii. Dodatkowym wyposażeniem takiej instalacji jest urządzenie magazynujące energię. Magazyn ten umożliwia przechowywanie już wytworzonej energii elektrycznej i zużywanie jej w czasie, gdy fotowoltaika nie działa. Niezwykle istotnym jest fakt, iż magazyn energii, w przypadku awarii sieci energetycznej, zapewnia nam również zasilanie awaryjne. Moc instalacji fotowoltaicznej zależy od liczby zastosowanych paneli fotowoltaicznych, technologii i jakości ich wykonania, zapotrzebowania na energię elektryczną, warunków atmosferycznych oraz orientacji przestrzeni na której się znajduje.
Kolejnym przykładem urządzenia pozwalającego na efektywne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii jest pompa ciepła, która może nam służyć do ogrzewania budynków lub podgrzewania wody użytkowej. Pompa ciepła wykorzystuje zasadę fizyczną zwaną efektem Joule’a-Thomsona. Działa podobnie jak lodówka, tylko w odwrócony sposób. Lodówka usuwa ciepło z wnętrza i przekazuje je na zewnątrz, podczas gdy pompa ciepła usuwa ciepło z przestrzeni zewnętrznej i transportuje energię na przykład do budynku w postaci ciepła. Ze względu na rodzaj wykorzystywanego źródła pobierania energii cieplnej rozróżniamy różne rodzaje pomp ciepła. Powietrzne pompy ciepła pobierają energię cieplną z powietrza zewnętrznego (z otoczenia budynku), gruntowe – wykorzystują energię geotermalną (pobierają ciepło z gruntu), natomiast wodne pompy ciepła przyswajają ciepło z pobliskich zbiorników wodnych, wód gruntowych lub studni głębinowych. Działanie pomp ciepła polega na obiegu czynnika chłodniczego, który przechodzi przez poszczególne etapy, takie jak parowanie, sprężanie, skraplanie i rozprężanie. Urządzenia te charakteryzują się mniejszym zużyciem energii niż tradycyjne systemy grzewcze, są przyjazne dla środowiska, a ich koszty eksploatacji są niskie. Ciekawym rozwiązaniem jest połączenie instalacji fotowoltaicznej i pompy ciepła, ponieważ system ten pozwoliłby na uniezależnienie się od konwencjonalnych źródeł energii.
Opracowała:
Kamila Janiszewska
Starszy specjalista ds. rolnictwa ekologicznego i ochrony środowiska
„Niniejszy materiał powstał w ramach projektu dofinansowanego ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oraz Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Zielonej Górze w ramach Programu Regionalnego Wsparcia Edukacji Ekologicznej”.
