Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach programu Baltic Sea Region

 

Projekt pilotażowy „Sokół”

W Niepołomicach (woj. Małopolskie, pow. Wielicki) powstała instalacja pilotażowa bazująca na źródłach energii odnawialnej. Celem współpracy UMiG Niepołomice oraz Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa było opracowanie koncepcji systemu zasilania budynków jednorodzinnych w ciepło oraz energię elektryczną w warunkach klimatycznych charakterystycznych dla basenu morza Bałtyckiego. Inwestycja została zrealizowana w ramach projektu PEA – Public Energy Alternatives, finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalengo.

Projekt obejmuje stworzenie koncepcji a następnie jej weryfikację poprzez badania i obserwacje wybudowanej instalacji. Celem prac było wykonanie instalacji pilotażowej, która bazuje na nowoczesnych i jeszcze mało popularnych technologiach w budownictwie jednorodzinnym, z którymi wiąże się sporo nadziei w zakresie wykorzystania i przechowywania odnawialnej energii słonecznej. Wynikiem około półtorarocznych wysiłków jest modernizacja budynku PTG Sokół oraz wyposażenie budynku w instalację zamontowaną na wieży nadążnej (śledzącą ruch słońca), zdolną do jednoczesnej produkcji energii cieplnej i elektrycznej oraz w instalację gromadzenia wyprodukowanej energii w postaci wodoru. W odróżnieniu od popularnych paneli słonecznych czy ogniw fotowoltaicznych zastosowano panele PV/T o nieco odmiennej konstrukcji, które pozwolą na wydajniejszą pracę. Z jednego metra kwadratowego takiej instalacji uzyskuje się tyle energii ile z dwóch metrów kwadratowych instalacji składającej się ze standardowego panelu fotowoltaicznego i cieplnego. Zaletą takiego rozwiązania jest oszczędność wynikająca z mniejszej ilości elementów montażowych, co w przypadku małych (przy domowych) instalacji jest istotne zarówno z punktu widzenia czasu zwrotu inwestycji oraz niejednokrotnie z punktu widzenia dostępnej powierzchni montażowej, zwłaszcza w przypadku instalacji wolnostojących. Dodatkowym atutem zastosowania modułów kombinowanych jest zwiększenie wydajności paneli fotowoltaicznych stanowiących ich integralną część poprzez chłodzenie powierzchni ogniw czynnikiem solarnym. Im niższa temperatura ogniw fotowoltaicznych, tym wyższa ich sprawność i większy uzysk energetyczny. W naszych warunkach klimatycznych korzyści z takiego rozwiązania widoczne są zwłaszcza w sezonie letnim. Zaplanowany trzyletni okres obserwacji ma wyjaśnić kwestię zasadności stosowania takiego rozwiązania w Polsce i innych krajach basenu morza Bałtyckiego.

Olbrzymim wyzwaniem instalacji bazującym na źródłach odnawialnych jest przechowywanie energii, gdyż nie zawsze zapotrzebowanie na energię pokrywa się czasowo z dostępnością źródła energii (w omawianym przypadku wysokim nasłonecznieniem). O ile w przypadku magazynowania ciepła obecnie stosowane rozwiązania są satysfakcjonujące, o tyle wykorzystanie akumulatorów przy magazynowaniu energii elektrycznej wiąże się z kosztami częstej ich wymiany. Nie do pominięcia jest też zjawisko upływności akumulatora, które nie ma swojego odpowiednika w przypadku technologii magazynowania wodoru. W wyniku działań władz lokalnych oraz krakowskiej uczelni powstała pierwsza w regionie instalacja, w której nadmiar energii będzie magazynowany w postaci wodoru. Wodór często kojarzony z pierwiastkiem niebezpiecznym ze względu na możliwość wybuchu przechowywany będzie w bezpiecznej formie wodorków metali, która zapewnia stuprocentowe bezpieczeństwo (do tego stopnia, że zbiorniki są odporne na postrzał z broni palnej). Wodór będzie mógł być zamieniony na użyteczną energię elektryczną w ogniwie paliwowym, które możemy nazwać „elektrownią na wodór”. Szacuje się, że rocznie 40-60% energii elektrycznej zużywanej na potrzeby oświetlenia budynku oraz na przygotowanie ciepłej wody użytkowej będzie pochodziło z energii słonecznej.

Energia elektryczna oraz cieplna produkowana jest w modułach, które śledzą ruch słonca tak, aby zapewnić prostopadłość powierzchni modułów do kierunku padania promieni słonecznych. Napęd ruchomej platformy zasilany jest w całości energią słoneczną. Ogrzany płyn solarny oraz energia elektryczna przesyłana jest pod powierzchnią gruntu do pomieszczenia kotłowego budynku, gdzie znajdują się urządzenia sterujące pracą instalacji. Ze względu na znaczną długość magistrali glikolowej instalacja wyposażona jest w obieg obejścia, który pozwala na rozgrzanie płynu solarnego znajdującego się w przewodach przed skierowaniem go na wężownice podgrzewacza wody. Zapobiega to chłodzeniu wody w ogrzewaczu przez płyn wypełniający przewody solarne przy uruchamianiu instalacji. Jeżeli chwilowe zapotrzebowanie na energię elektryczną nie przekracza chwilowej produkcji tej energii, nadwyżka magazynowana jest w postaci wodorków metali w procesie elektrolizy (rozkład cząsteczki wody pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego). Jeżeli natomiast chwilowe nasłonecznienie nie zaspokaja zapotrzebowania na moc elektryczną to zgromadzony uprzednio wodór zamieniany jest w ogniwie paliwowym na użyteczną energię. W przypadku długotrwałego okresu o niskim nasłonecznieniu i po wyczerpaniu zapasów wodoru energia elektryczna pobierana jest z sieci elektrycznej.