Fotoogniwa czy elektrownie wiatrowe

14 grudnia 2012

     Co raz częściej wiele osób zadaje sobie pytanie co wybrać, wiatrak czy ogniwa słoneczne. Oczywiście nie ma jednoznacznej, uniwersalnej odpowiedzi na to pytanie. Każde z rozwiązań ma swoje zalety i wady. W różnych warunkach jedno będzie korzystniejsze od drugiego. Postaram się opisać cechy każdego systemu z naciskiem na różnice pomiędzy nimi. Pominę tu szczegóły techniczne rozwiązań ponieważ nie ma to wpływu na sposób doboru urządzeń.  Liczę, że po tej lekturze osoby niezdecydowane będą mogły podjąć bardzie świadomy wybór.

      Zanim jednak zaczniemy opisywać same urządzenia warto zastanowić się do czego jest nam potrzebne dane źródło prądu. Inaczej będziemy dobierali urządzenia do zasilania oświetlenia, inaczej do pracy maszyn, a jeszcze inaczej do ogrzewania. Nie jest tu nawet istotny rodzaj samego źródła energii ile moc jaką musimy dostarczyć (wyprodukować). Nie ma sensu rozmawiać o wiatraku czy fotoogniwach o mocy powiedzmy 1kW, które mają ogrzewać dom. Przecież 1kW to moc mniejsza nawet niż moc czajnika elektrycznego. Nikomu o zdrowych zmysłach przecież nie przyjdzie do głowy ogrzewać domu czajnikiem. Co innego jeżeli chcemy grzać C.W.U. Grzałka w zwykłym bojlerze ma zwykle około 1500-2000W, ale taka grzałka nie pracuje 24h/dobę. Czyli jeżeli zastosujemy źródło prądu o mocy 1000W to przynajmniej możemy liczyć, że będzie działało jako wspomaganie ogrzewania. O razu dodam, że zupełnie mija się z celem do takiego zasobnika ciepłej wody użytkowej stosowanie źródła energii o mocy znacząco wyższej, żeby szybciej zagrzać wodę. Większa moc daje faktycznie większe możliwości, ale kiedy nie będzie wiało i będzie brak światła słonecznego, to nawet źródło energii o mocy 100kW nie wyprodukuje ani jednej kWh. Koszty większej instalacji będą dużo wyższe. Natomiast kiedy będzie dość wiatru i/lub słońca to nawet mniejsze źródło będzie  w stanie tą wodę nagrzać.

     Nieco inne zasady dotyczą zasilania oświetlenia. Zwykle oświetlenie jest potrzebne kiedy nie ma już światła słonecznego i wówczas fotoogniwa nie wytwarzają prądu. Dlatego energię elektryczną wytworzoną z paneli fotowoltaicznych musimy najpierw zmagazynować. Czyli w praktyce taki system działa jako ładowarka do akumulatorów. Prąd z akumulatorów jest później wykorzystywany do oświetlenia. Akumulatory muszą mieć odpowiednią pojemność, tak żeby np przez całą moc mogły zasilać lampy. Nawet jeżeli jeden czy dwa dni nie będzie wiatru a zachmurzenie lub opady śniegu przykryją baterie słoneczne. Z drugiej strony fotoogniwa czy wiatrak muszą być takiej mocy, żeby naładować akumulatory w ciągu jednego dnia. Czasem mamy do czynienia z systemem zasilania gwarantowanego a czasem nie zależy na specjalnie na tym, żeby światło świeciło całą noc. Wystarczy kilka godzin po zmierzchu. Potem i tak już praktycznie nikt nie chodzi po dworze. Dobrym rozwiązaniem są w takich sytuacjach lampy LED, które zapalają się natychmiast po włączeniu i zużywają mało prądu do świecenia. Można stosować je z czujnikami ruchu czy ściemniaczami i w ten sposób wydłużyć okres świecenia.

     Przy zasilaniu odbiorników innych niż oświetlenie np pomp, silników itp. należy kierować się chwilową mocą urządzeń dobierając odpowiednie przetwornice jedno lub trzyfazowe. Ważne jest w tym momencie uwzględnienie także większego prądu rozruchowego odbiorników. Ponadto istotny jest czas pracy tych odbiorników na dobę. Przyjmuje się, że np wiatrak może zasilać odbiorniki o swojej mocy znamionowej pracujące najwyżej 6h/dobę.

      No to teraz skoro już wiemy co możemy zasilać, to czym to robić? W przypadku większości odbiorników jest możliwość podłączenia ich do gniazdka, w którym mamy prąd sieciowy. Jeżeli nie dysponujemy takim komfortem ponieważ w pobliżu nie ma sieci energetycznej musimy się liczyć z przerwami w pracy odbiorników. Nigdy nie zagwarantujemy, że zawsze wystarczy prądu z wiatru i słońca. Możemy jedynie w takich chwilach posiłkować się np agregatem spalinowym. Nasze urządzenia wyposażone są w automatyczny przełącznik źródeł zasilania. Oznacza to, że jeżeli zabraknie prądu w akumulatorach odbiorniki mogą dalej pracować zasilane z sieci. Nie musimy dysponować w takich  rozwiązaniach mocą źródła prądu gwarantującego 100% czasu pracy. Wystarczy tylko wspomaganie. Urządzenia mogą być mniejsze i tańsze.

     Jeżeli na wyposażeniu zestawu OZE znajduje się falownik sieciowy do współpracy z siecią energetyczną nie potrzebne są akumulatory. Prąd wytworzony przez źródło dostarczany jest do sieci publicznej i z niej czerpiemy energię. Jest to o tyle wygodnie rozwiązanie, że prąd wytworzony kilka dni/tygodni/miesięcy wcześniej możemy wykorzystać w dowolnej chwili. Wada polega na tym, że jeżeli z jakiegoś powodu zakład energetyczny odetnie nas od sieci, to nie mamy nawet własnego prądu z elektrowni wiatrowej czy ogniw słonecznych.

     Ponieważ już opisaliśmy różne systemy to teraz samo sedno. Wiatrak czy fotoogniwa? Jeżeli mamy miejsce, gdzie wiatr wieje (nie może być to w pobliżu wysokich budynków czy lasu) naprawdę dobrze, to elektrownia wiatrowa jest lepszym rozwiązaniem. Powód i uzasadnienie jest dość proste i oczywiste. Wiatr wieje całą dobę a słońce oświetla tylko w ciągu dnia. Jeżeli zależy nam na energii uzyskiwanej w okresie zimowym to wiatrak jest lepszym rozwiązaniem ponieważ zimą wieją zwykle wiatry silniejsze niż latem. Zimą dni są krótkie i fotoogniwa mogą być przysypane śniegiem. Jeżeli chcemy zasilać odbiorniki w ciągu dnia to lepsze są fotoogniwa ponieważ wyprodukowany prąd można zużywać bezstartnie na bieżąco. Jeżeli mamy jakiekolwiek obawy, że dane miejsce nie jest najkorzystniejsze pod względem wietrzności to lepsze są fotoogniwa. Ogniwa fotowoltaiczne mimo zmian okresowych związanych z porami roku wytwarzają stabilną ilość energii w skali roku i w miarę stabilną w ciągu doby. Z punktu widzenia gospodarki państwa fotoogniwa są korzystniejszym źródłem energii ponieważ zakłady produkcyjne więcej jej zużywają w ciągu dnia, niż wieczorem prywatni odbiorcy. Dlatego dla firm posiadających magazyny czy obiekty budowlane fotoogniwa są lepszym rozwiązaniem. Elektrownie wiatrowe wytwarzają prąd w sposób mało przewidywalny. Nie zawsze wiadomo czy i jaka będzie nadwyżka lub niedobór. Ponadto elektrownie wiatrowe jako urządzenia bardziej skomplikowane w budowie wymagają systemów kontroli pracy i dodatkowych zabiegów konserwacyjnych.

     Jeżeli dysponujemy odpowiednimi warunkami to warto inwestować w elektrownie wiatrowe ponieważ mogą one wytworzyć nawet 35% mocy znamionowej. Fotoogniwa w naszych szerokościach geograficznych osiągają wydajność prądową (sprawność) na poziomie maksymalnym do 14% (zwykle około 9%). Jest to znacznie mniej niż wiatraki, ale prosty system i bezproblemowa eksploatacja mocno redukuje całkowite koszty inwestycji. Warto stosować oba rozwiązania. W ten sposób wykorzystujemy lepiej wszystkie dostępne zasoby.