Kolektory słoneczne jako źródło produkcji ciepłej wody użytkowej na potrzeby gospodarstwa rolnego Poznań 30 stycznia 2014 Bioenergia w rolnictwie

Bezpieczeństwo energetyczne Polski ZOBOWIĄZANIA DO 2020 ROKU, PAKIET UE 3 x 20 Wykorzystanie lokalnych odnawialnych źródeł energii: biomasa (rolnicza – słoma, drewno, odpady) biogaz (rolniczy, odpadowy, przemysłowy) kolektory słoneczne (budownictwo mieszkaniowe, budynki publiczne) ogniwa fotowoltaiczne (instalacje indywidualne, elektrownie słoneczne) energetyka wiatrowa (mikrowiatraki, farmy wiatrowe) energia geotermalna (płytka, głęboka, pompy ciepła) Rozwój budownictwa energooszczędnego i pasywnego, termomodernizacje. Energetyczne wykorzystanie odpadów stałych i płynnych. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Główne wyzwania energetyki przyszłości Rozwój lokalnych sieci smart: smart metering, smart grid monitorowanie zużycia energii i efektywność kosztowa koncepcja prosumenta rozwój technologii poligeneracji (energia elektryczna, ciepło, chłód) Integracja struktury energetycznej z systemem ICT Budowa systemów zarządzania energią i mediami Decentralizacja produkcji energii: energetyka rozproszona, wyspy energetyczne Wykorzystanie lokalnych odnawialnych źródeł energii Rozwój budownictwa energooszczędnego i pasywnego Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Lokalne odnawialne źródła energii Biomasa głównie pochodzenia rolniczego, (słoma) a także drewno niższej jakości i odpadów Biogaz (rolniczy, odpadowy i przemysłowy) Kolektory słoneczne w budownictwie mieszkaniowym i budynkach publicznych, zwłaszcza do uzasadnionego ekonomicznie ogrzewania ciepłej wody użytkowej Ogniwa fotowoltaiczne w instalacjach indywidualnych i przy budowie elektrowni słonecznych Energia wiatru zarówno w instalacjach farm wiatrowych jaki i przy wykorzystaniu coraz bardziej popularnych mikro i miniwiatraków Energia geotermalna (płytka i głęboka) oraz pompy ciepła. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kierunki integracji technologii energetycznych Dom „energetyczny” 2,5 mln małotowarowych gospodarstw rolnych, 3 mln domów jednorodzinnych, 10 tys. nowych domów budowanych rocznie, 2 . Gospodarstwo rolne „energetyczne” 100 tys. gospodarstw towarowych, dywersyfikacja dostaw energii/ryzyka gospodarstwa, utylizacja odpadów, 3. Gmina wiejska „energetyczna” smart gmina 1600 gmin, wykorzystanie zasobów rolnictwa energetycznego, utylizacja odpadów, Miasto „energetyczne” smart city Wirtualne źródło poligeneracyjne (zwiększenie efektywności energetyki rozproszonej), smart grid (zarządzanie energią) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Konieczność finansowania technologii i urządzeń – oczekiwania samorządów i społeczności lokalnych Kolektory słoneczne Ogniwa fotowoltaiczne Kotły na biomasę (indywidualne i sieciowe, kogeneracja) Mikrobiogazownie i biogazownia Urządzenia utylizacji odpadów (stałych i płynnych) Elektrownia wodne Pompy ciepła i urządzenia energetyki geotermalnej Mikrowiatraki i elektrownie wiatrowe Budynek energooszczędny i pasywny Źródła poligeneracyjne Technologie magazynowania energii Technologie zintegrowane funkcjonalnie Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Usłonecznienie Usłonecznienie (roczna suma usłonecznienia) określa średnią (w danym okresie) liczbę godzin z bezpośrednią widoczną operacją słoneczną. Usłonecznienie zależy od czynnika astronomicznego, jakim jest długość dnia oraz od zachmurzenia i przezroczystości atmosfery. Obejmuje ono średnio około 18% roku, co odpowiada 1580 godzinom. Sumy roczne usłonecznienia w Warszawie wahały się od 1241 do 1898 godzin w mijającym stuleciu, średnio 1600 godzin/rok. Różnica w wielkości Ziemi i Słońca oraz wzajemna odległość Ziemi od Słońca powodują, ze do granic naszej atmosfery dociera około 1350 W/m2. Widmo promieniowania docierającego do granic atmosfery odpowiada promieniowaniu emitowanemu przez ciało doskonale czarne o temperaturze około 5700 K. Około 99% tej energii przypada na fale o długości od 0,276 do 4,96 m. Zanim energia promieniowania słonecznego dotrze do powierzchni Ziemi ulega różnego rodzaju oddziaływaniom, a w efekcie osłabieniu.   Atmosfera ziemska pochłania i rozprasza promieniowanie słoneczne. Dzięki występowaniu ozonu pochłaniane są fale ultrafioletowe. Natomiast fale długie, podczerwień, pochłaniane są przez cząsteczki wody i dwutlenku węgla. Jednocześnie promieniowanie widzialne i podczerwone ulega rozproszeniu. Fotony światła słonecznego nie są w stanie rozerwać wiązań cząsteczek atmosfery i ulegają rozproszeniu we wszystkich kierunkach. Podczas procesów pochłaniania ulega zmianie widmo promieniowania, natomiast podczas rozpraszania ulega zmianie kierunek, w którym promieniowanie się rozchodzi. Intensywność tych zjawisk zależy od składu atmosfery i drogi przebytej przez promieniowanie słoneczne w atmosferze. W wyniku przejścia przez atmosferę promieniowanie słoneczne ulega mniejszemu lub większemu osłabieniu. Przy wzroście zachmurzenia osłabienie strumienia promieniowania słonecznego wzrasta. Nawet przy słonecznej pogodzie, na skutek odbicia, pochłonięcia i załamania, straty energii promieniowania słonecznego w atmosferze są w granicach od 10 - 25%. Natomiast przy dużym zachmurzeniu straty te mogą sięgać nawet 95%. Do powierzchni Ziemi dociera ostatecznie promieniowanie w zakresie długości fal od 0,3 do 3 m. W południe, w zależności od stopnia zachmurzenia, średnie natężenie promieniowania słonecznego docierające do powierzchni Ziemi może wahać się w granicach: 40 - 200 W/m2, przy niebie pochmurnym; 600 - 1000 W/m2, przy niebie bezchmurnym (czystym). Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Natężenie promieniowania słonecznego Ilość energii słonecznej docierającej w ciągu jednej sekundy na powierzchnię jednego metra kwadratowego, prostopadłą do kierunku promieniowania i leżącą poza atmosferą (tzw. promieniowanie pozaziemskie) w średniej odległości Ziemi od Słońca ( 149,5 mln km) nazywa się stałą słoneczną o wartości 1367 W/m2 Najwyższe natężenie promieniowania słonecznego bezpośredniego stwierdzono na Kasprowym Wierchu – ok. 1200 W/m2, natomiast nad morzem maksymalna jego wartość wynosiła 1050 W/m2. Dla przeważającej części kraju, w tym dla Polski Środkowej, wartości te rzadko przekraczają 1000 W/m2. Najczęściej notowane wartości promieniowania bezpośredniego wynoszą 600 – 800 W/m2. Dostępność promieniowania słonecznego w czasie, zarówno w ciągu trwania całego roku, jak i w czasie doby, może być bardzo zróżnicowana, zmienia się ona wraz z: szerokością geograficzną, porą dnia, porą roku, usytuowaniem danego miejsca - lokalizacją, stanem zanieczyszczenia środowiska.   Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Napromieniowanie słoneczne Dla Polski można przyjąć wartość napromieniowania całkowitego 3600 MJ/m2 w ciągu roku. Centralne obszary Polski otrzymują około 40% promieniowania pozaziemskiego, to jest ok. 3480 MJ/m2 na rok. Udział promieniowania rozproszonego waha się od 47% w miesiącach letnich do ok. 70% w grudniu, dając przeciętną ok. 50% w skali całego roku. Najniższe sumy miesięczne występują w grudniu (ok.1,3% sumy rocznej), najwyższe zaś w czerwcu i lipcu (po ok. 16%). Okres od maja do czerwca obejmuje ok. 58% rocznej sumy promieniowania, natomiast od listopada do lutego – tylko 8%. Wartości strumienia promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię nachyloną do poziomu różnią się od wartości strumienia energii docierającego na powierzchnię pochyloną. W zależności bowiem od stopnia nachylenia rozpatrywanej powierzchni, pory dnia i roku zmienia się struktura promieniowania słonecznego, czyli udział w promieniowaniu całkowitym poszczególnych jego składowych (promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego). Należy pamiętać, ze wartości promieniowania podawane w rocznikach meteorologicznych, czy też innych opracowaniach danych klimatycznych, dotyczą tylko promieniowania padającego na powierzchnię poziomą Ziemi. Nie mówią nam natomiast o strumieniu energii promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni dowolnie nachylonych do poziomu, którymi są np. elementy budynków, w tym ściany, dach, jak też powierzchnie specjalnie zaprojektowane do odbioru energii promieniowania słonecznego, tzn. płyty czołowe kolektorów słonecznych.   Reasumując, chcąc określić możliwość wykorzystania energii promieniowania słonecznego interesują nas następujące jego podstawowe parametry: usłonecznienie, czyli liczba godzin słonecznych w ciągu roku i w interesujących nas okresach czasu - kiedy przewidujemy eksploatację systemu słonecznego; natężenie promieniowania słonecznego docierający do powierzchni poziomej i nachylonej - z reguły bowiem interesuje nas napromieniowanie na powierzchnie pochyloną do poziomu; i własności: struktura promieniowania słonecznego, czyli udział promieniowania bezpośredniego i rozproszonego w promieniowaniu całkowitym, oraz udział promieniowania odbitego (przy powierzchniach pochylonych do poziomu), co jest istotne przy doborze typu urządzenia; rozkład w czasie promieniowania, zarówno w cyklu rocznym, sezonowym jak i dobowym, co decyduje o dopasowaniu typu i czasu działania systemu z okresem jego użytkowania. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Płaski kolektor słoneczny Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Elementy płaskiego cieczowego kolektora słonecznego absorber, najistotniejsza część kolektora, którego głównym zadaniem jest absorpcja, czyli pochłanianie energii promieniowania słonecznego i przekazanie jej czynnikowi transportującymi ciepło; absorber to zazwyczaj płyta metalowa pomalowana na czarno połączona z kanałami przepływowymi, przez które przepływa czynnik roboczy osłona przezroczysta, która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia od powierzchni zewnętrznej wystawionej bezpośrednio na czynników atmosferycznych, w tym przede wszystkim temperatury powietrza atmosferycznego izolacja cieplna, która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia, od dołu i z boków (w przypadku systemów zintegrowanych jest to połać dachu); obudowa zewnętrzna (metalowa lub plastykowa). Podstawowe elementy płaskiego cieczowego kolektora słonecznego   absorber, najistotniejsza część kolektora, którego głównym zadaniem jest absorpcja, czyli pochłanianie energii promieniowania słonecznego i przekazanie jej czynnikowi transportującymi ciepło; absorber stanowi z reguły płyta metalowa pomalowana na czarno połączona z kanałami przepływowymi, przez które przepływa czynnik roboczy; osłona przezroczysta, która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia od góry, czyli od powierzchni zewnętrznej wystawionej bezpośrednio na działanie nie tylko promieni słonecznych, ale i wiatru, deszczu, i innych czynników atmosferycznych, w tym przede wszystkim temperatury powietrza atmosferycznego; izolacja cieplna, która chroni absorber przed stratami cieplnymi do otoczenia, od dołu i z boków (w przypadku systemów zintegrowanych jest to połać dachu); obudowa zewnętrzna (metalowa lub plastykowa). Warstwa czołowa absorbera jest pokrywana czarną powłoką pochłaniającą, która ma bardzo istotny wpływ na uzyskaną moc cieplną i sprawność pochłaniania energii. Płyta absorbera musi być odporna na działanie promieniowania słonecznego, zmiany temperatury i korozję. Materiał absorbera, a także elementów bezpośrednio z nim stykających się powinien być odporny na wysokie temperatury rzędu 140 - 200 oC (przy pustych rurach przepływowych) i na ciśnienie, przy którym przepływa czynnik roboczy rzędu 3 - 4 bar. Najistotniejszą jednak cechą absorbera jest zdolność do pochłaniania jak największej ilości energii, przy ograniczeniu do minimum emisji ciepła z powrotem do otoczenia. Cecha ta jest opisywana tzw. selektywnością powłoki absorbera, która w naszych warunkach klimatycznych powinna być bardzo wysoka. Selektywność absorbera jest to stosunek współczynnika absorpcji (pochłaniania) do współczynnika emisji przy danej długości fali. Absorbery selektywne mają niską emisyjność w zakresie promieniowania podczerwonego długofalowego, co ogranicza straty cieplne, i dużą absorpcyjność w zakresie widma słonecznego, co umożliwia efektywne pozyskiwanie promieniowania słonecznego. Powłoki selektywne absorbera można uzyskiwać stosując przemysłowe procesy galwanizacji. Do powłok tych należą czarny nikiel i czarny chrom. Współczynniki absorpcji dla obu tych powłok mogą się wahać w granicach 0,90 - 0,95, natomiast współczynniki emisyjności mogą być rzędu 0,07 - 0,10. Przy wykonywaniu kolektorów próżniowych stosowane są powłoki nawet o niższych współczynnikach emisyjności. Absorbery z powłokami nieselektywnymi mają absorpcyjność równą emisyjności w całym zakresie widma promieniowania słonecznego. W niektórych prostych zastosowaniach przy niewysokich wymaganiach grzewczych i zapotrzebowaniu na ciepło w okresie letnim można stosować pokrycia nieselektywne. Osłona przezroczysta może być wykonana ze szkła zwykłego, hartowanego lub specjalnego, lub też z przezroczystych tworzyw sztucznych. Choć można stosować więcej niż jedną osłonę, to jednak w warunkach polskich, ponieważ kolektor daje największe zyski energetyczne w okresie cieplejszym, zalecane jest stosowanie jednej osłony (dwie osłony zmniejszają straty cieplne do otoczenia, ale w okresie letnim nie ma to istotnego znaczenia, natomiast każda dodatkowa osłona zmniejsza dostępność promieniowania słonecznego, współczynnik transmisyjno – absorpcyjny ()efekt maleje). Pokrycie kolektora powinno mieć odpowiednią wytrzymałość, aby było odporne na działanie wiatru, śniegu, gradu i zabezpieczało przed innymi możliwymi uszkodzeniami mechanicznymi. Bardzo istotnym parametrem jest temperatura. Struktura osłony nie powinna - przy wysokiej temperaturze, która może pojawić się przy silnej operacji słonecznej (trwającej przez dłuższy okres) - ulegać deformacji, czy jakiejkolwiek innej zmianie strukturalnej. Przykładowo temperatura nagrzewania się osłon przezroczystych może dochodzić do 160 oC w przypadku zwykłego szkła i 200 oC dla szkła słonecznego (o małej zawartości żelaza). Jednakże najistotniejszą cechą pokrycia jest duża przepuszczalność promieniowania słonecznego (tzw. transmisyjność). Dobry współczynnik przepuszczalności ma zwykłe szkło budowlane i wynosi on odpowiednio dla promieniowania bezpośredniego i dyfuzyjnego 81/74 %, natomiast dla szkła słonecznego wartości te wynoszą 87/80 %. Zadaniem izolacji ciepłnej jest znaczne zmniejszenie strat do otoczenia; stosuje się więc typowe materiały izolacyjne (o niskim współczynniku) przewodzenia ciepła, takie jak pianka poliuretanowa, czy wełna mineralna. Istotne jest też, aby materiał izolacyjny miał małą gęstość, aby jego waga, a przez to i waga całego kolektora nie była zbyt duża. Jednocześnie powinien charakteryzować się on innymi typowymi własnościami dobrych materiałów izolacyjnych, a więc małą nasiąkliwością, odpornością na działanie czynników atmosferycznych i wytrzymałością mechaniczną. Zalecana grubość izolacji powinna wahać się w granicach 6 - 10 cm. Coraz częściej przy stosowaniu tzw. zintegrowanych systemów kolektorowych, tzn. kolektorów słonecznych sprzedawanych jako integralne elementy połaci dachowej, izolacja cieplna dachu budynku stanowi równocześnie izolację kolektora. Również w przypadku systemów zintegrowanych uprasza się znacznie obudowa kolektora, którego ramy stają się integralnymi elementami konstrukcji dachu. Zadaniem obudowy jest usztywnienie konstrukcji kolektora i połączenie w jeden moduł (jedno urządzenie) wszystkie elementy kolektora: absorber, osłonę i izolację cieplną. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Kolektory słoneczne Płaskie kolektory cieczowe Kolektory próżniowe Kolektory z rurą ciepła Niskotemperaturowe kolektory – absorbery Kolektory powietrzne Cieczowe kolektory magazynujące (pojemnościowe) płaskie kolektory cieczowe, wśród których wyróżniamy: kolektory z nieselektywnymi pokryciami absorberów; kolektory z selektywnymi pokryciami absorberów; kolektory próżniowe, dzięki posiadaniu we wnętrzu próżni ograniczone są znacznie straty cieplne do otoczenia, wyróżniamy dwa podstawowe ich typy: kolektor próżniowy rurowy; kolektor płasko-powierzchniowy z tzw. niepełną próżnią, niskotemperaturowe kolektory – absorbery, w postaci elastycznych czarnych elementów rurowych, taśm lub płytek, wśród których wyróżniamy dwa podstawowe typy to: absorbery basenowe; absorbery typu elastycznych rur ożebrowanych. kolektory powietrzne, będący kanałem powietrznym zamkniętym pomiędzy dwoma powierzchniami, z których jedna jest absorberem; wykorzystywane są w rolnictwie, przede wszystkim w suszarnictwie i w rozwiązaniach strukturalnych budynku; cieczowe kolektory magazynujące, zwane też pojemnościowymi, które kojarzą w sobie funkcje zarówno kolektora, jak i zbiornika magazynującego; z reguły w części centralnej kolektora znajduje się czarny element rurowy, jego powierzchnia jest absorberem, a wnętrze rury zasobnikiem ciepła. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektor próżniowy z rurą ciepła Źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Kolektor próżniowy rurowy składa się z szeregu elementów rurowych ułożonych względem siebie równolegle. W jednym module jest co najmniej 6 rur. Odległość między osiami rur wynosi około 10 cm, a ich średnica jest rzędu 4 cm. W każdej pojedynczej szklanej rurze umieszczona jest płyta absorbera (z reguły miedziana) o wysokiej selektywności, a w niej element rurowy w kształcie U - rury, którym przepływa czynnik transportujący ciepło. Czynnikiem tym jest woda. Materiał stosowany na pokrycie absorbera charakteryzuje się dużą absorpcyjnością rzędu 0,96 i bardzo niską emisyjnością wynoszącą z reguły 0,03. W szklanej rurze jest próżnia. Dolna wewnętrzna część rury szklanej jest pokryta warstwą refleksyjną. Zastosowanie tej warstwy powoduje, że odbite od niej promieniowanie słoneczne skupia się na dolnej części absorbera, poprawiając efekt pochłaniania energii promieniowania słonecznego. Zastosowanie próżni w rurze powoduje, iż praktycznie staje się ona dość długim (średnio długość rur szklanych jest rzędu 1,8 metra) i względnie cienkim (średnica rury wynosi średnio 4 - 5 centymetrów) termosem. Straty ciepła na zewnątrz są bardzo ograniczone. Zastosowanie takiego rozwiązania, łącznie z opisaną uprzednio warstwą refleksyjną, powoduje, iż nawet przy niewielkim nasłonecznieniu sprawność takiego kolektora jest względnie duża. W złych warunkach pogodowych, przy niskich temperaturach powietrza atmosferycznego, małym natężeniu promieniowania i dużym zachmurzeniu, kolektory próżniowe mają co najmniej trzykrotnie większą sprawność niż typowe płaskie kolektory cieczowe. Jednakże ich cena jest także średnio trzykrotnie wyższa. Oprócz zwykłych kolektorów próżniowych, w których czynnikiem transportującym ciepło jest woda, w sprzedaży są też kolektory z rurami ciepła. Podstawową cechą tych kolektorów jest to, że kanały przepływowe w płycie absorbera wypełnione są czynnikiem chłodniczym. Kanały te wystają ponad górną krawędź absorbera. Praktycznie kanały te są wspomnianymi rurami ciepła. Część rur znajdująca się na płycie absorbera jest parownikiem, a część poza absorberem jest skraplaczem. W działaniu tych kolektorów wykorzystywane są zjawiska zmiany stanu skupienia czynnika roboczego - chłodniczego (z reguły ekologicznego freonu). Kolektory te mogą efektywnie funkcjonować przy niewielkim nasłonecznieniu i w zakresie niskich temperatur powietrza atmosferycznego, co jest bardzo korzystne w naszych warunkach klimatycznych. Do kolektorów próżniowych zaliczany jest też kolektor płasko-powierzchniowy z tzw. niepełną próżnią; jest to kolektor podciśnieniowy. Przypomina on z wyglądu typowy płaski kolektor cieczowy. Jego wymiary (jednego modułu) są identyczne jak wymiary zwykłych kolektorów słonecznych. Stosuje się w nim absorbery o wysokiej selektywności, współczynnik absorpcyjności jest równy 0,96, a emisyjności jest mniejszy od 0,1. W płycie absorbera umieszczone są elementy rurowe w postaci wężownicy, jak w typowym płaskim kolektorze. Osłona kolektora jest wykonana ze szkła słonecznego o podwyższonej wytrzymałości, jej transmisyjność jest również bardzo dobra, współczynnik przepuszczalności dla promieniowania bezpośredniego i dyfuzyjnego jest większy od 0,9. Wszystkie materiały stosowane na ten typ kolektora są najwyższej jakości. Obudowa kolektora wykonana jest ze stali szlachetnej. Źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Zasada działania kolektora słonecznego z rurą ciepła (źródłowww.xenergy.pl) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Instalacja ciepłej wody użytkowej Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Schemat podstawowej instalacji dla ciepłej wody użytkowej (źródło HEWALEX) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Schemat instalacji dla ciepłej wody użytkowej przy wykorzystaniu osobnego podgrzewacza (źródło HEWALEX)   Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Schemat podstawowej instalacji dla basenu kąpielowego (źródło HEWALEX) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Schemat podstawowej instalacji dla ciepłej wody użytkowej i wspomagania ogrzewania (źródło HEWALEX) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Schemat kompleksowej instalacji dla ciepłej wody użytkowej, basenu kąpielowego i wspomagania ogrzewania budynku zasilanej energią z baterii kolektorów, kotła CO i kominka  (źródło HEWALEX) Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Pokrycie potrzeb ciepła dla podgrzewania wody użytkowej Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Magazynowanie energii promieniowania słonecznego Zdolność do magazynowania energii zależy przede wszystkim od: pojemności zbiornika, kształtu zbiornika, rodzaju czynnika magazynującego energię, zastosowanej izolacji cieplnej, typu systemu grzewczego (poziom temperatury, funkcja: c.w.u., c.o. itp.) rodzaju i warunków odbioru energii ze zbiornika magazynującego. Czynniki magazynujące: woda w systemach cieczowych złoża kamienne w systemach powietrznych PCM - phase change materials Magazynowanie energii Oprócz kolektora słonecznego drugim podstawowym elementem aktywnego systemu słonecznego jest zbiornik magazynujący. Zbiornik ten w typowych instalacjach słonecznych ma zdolność do magazynowania energii przez krótki okres, od kilku godzin do maksimum dwóch dni. Dlatego też typowe systemy słoneczne nazywają się systemami z magazynowaniem krótkoterminowym. Zdolność do magazynowania w różnym czasie zależy przede wszystkim od: pojemności zbiornika, kształtu zbiornika, rodzaju czynnika magazynującego energię, zastosowanej izolacji cieplnej, typu systemu grzewczego (np. poziom temperatury, funkcja: c.w.u., c.o. itp.) rodzaju i warunków odbioru energii ze zbiornika magazynującego. Typ instalacji, warunki i charakter odbioru energii oraz warunki współpracy z tradycyjnym systemem konwencjonalnym decydują również o typie zastosowanego zbiornika i miejscu jego usytuowania. W systemach z krótkoterminowym magazynowaniem energii cieplnej w zależności od tego czy system słoneczny jest systemem cieczowym, czy powietrznym czynnikiem magazynującym jest odpowiednio: woda w systemach cieczowych; złoża kamienne w systemach powietrznych. Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Aktywne systemy słoneczne. Rodzaje, charakterystyka Rodzaj czynnika roboczego Funkcje (co, cwu, klimatyzacja, suszarnictwo) Układ (wspólny, rozdzielony) Liczba i rodzaj źródeł ciepła (jednoźródłowe, wieloźródłowe, hybrydowe) Sposób wykorzystania energii promieniowania słonecznego(bezpośrednie, pośrednie) Temperatura czynnika roboczego (niskotemperaturowe 30-600 C, wysokotemperaturowe 70-90o C). Aktywne systemy słoneczne. Rodzaje, charakterystyka   W zależności od funkcji danego systemu słonecznego jego konstrukcja może być mniej lub bardziej skomplikowana. Z kolei w zależności od charakteru wymagań grzewczych danego użytkownika wymagane są oprócz kolektorów słonecznych pewne niezbędne dodatkowe urządzenia. Podstawowymi elementami aktywnych systemów grzewczych, w zależności od stopnia komplikacji systemu, mogą być niektóre lub wszystkie z wymienionych poniżej urządzeń: kolektory słoneczne, rurociągi doprowadzające i odprowadzające, pompy cyrkulacyjne przy obiegach wymuszonych, wymienniki ciepła pomiędzy poszczególnymi zamkniętymi obiegami roboczymi w danym systemie, zbiorniki magazynujące, które służą do akumulacji energii cieplnej uzyskanej z kolektorów słonecznych, urządzenia zabezpieczające przed niepożądanym wzrostem ciśnienia i temperatury (np. zbiorniki wyrównawcze, zawory bezpieczeństwa, urządzenia odpowietrzające), układy automatyczne kontroli i sterowania działaniem poszczególnych obiegów i urządzeń (zaopatrzone w układy czujników temperaturowych, termostatów, zaworów sterowanych itp.); dodatkowe, konwencjonalne pomocnicze systemy ogrzewcze, które mogą spełniać rolę stałych, wspomagających lub też awaryjnych układów; urządzenia wspomagające takie jak pompy ciepła, umożliwiające zwiększenie wartości grzewczej pozyskiwanej energii ze źródła słonecznego lub innego odnawialnego źródła ciepła. Istnieje szereg różnego typu klasyfikacji aktywnych systemów słonecznych. Mogą one dotyczyć podziałów omawianych systemów ze względu na: rodzaj czynnika roboczego, czyli czynnika odbierającego ciepło od promieniowania słonecznego a następnie transportującego pozyskane ciepło: cieczowe (wodne), powietrzne; funkcje, które dany system ma spełniać, przy czym systemy mogą być : jednofunkcyjne, wielofunkcyjne; w ramach funkcji, które spełniają (pojedynczo lub równocześnie) można wyróżnić następujące: systemy do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, (c.w.u.) systemy do podgrzewania wody w basenach kąpielowych, systemy do ogrzewania pomieszczeń (c.o.), systemy do klimatyzacji; systemy do celów suszarniczych (rolnictwo). układ systemu: wspólny, dla wszystkich funkcji, które ma spełniać (np. wspólny dla c.o. i c.w.u.); rozdzielony, oddzielne układy dla poszczególnych funkcji systemu; sposób wykorzystania energii słonecznej: bezpośrednie, w których energia słoneczna jest dostarczana bezpośrednio z kolektorów słonecznych do odbiorcy energii; pośrednie, w których pomiędzy odbiornikiem energii promieniowania słonecznego - kolektorem słonecznym a odbiorcą energii jest zastosowany jeden lub więcej elementów pośrednich, którymi mogą być: wymiennik ciepła oddzielający pętlę kolektora od pętli obiegu grzewczego; zbiornik magazynujący, będący równocześnie wymiennikiem ciepła; wymiennik ciepła i zbiornik magazynujący, w tym przypadku wyróżniamy 3 obiegi czynnika roboczego: pętlę kolektora, pętlę zbiornika magazynującego i pętlę obiegu ogrzewczego; zbiornik magazynujący (i wymiennik) i pompa ciepła, w tym przypadku mamy kilka pętli czynnika roboczego, których liczba w zależności od wariantu pracy systemu może się zmieniać; charakter pracy związany z wykorzystaniem różnej liczby niezależnych źródeł ciepła:j jednoźródłowe, tzw. systemy monowalentne, wykorzystujące tylko jedno źródło ciepła, w tym przypadku źródło słoneczne; wieloźródłowe, w tym najczęściej stosowane systemy dwuźródłowe, tzw. biwalentne, binarne lub też hybrydowe, kiedy to oprócz źródła słonecznego wykorzystuje się drugie wspomagające źródło ciepła z reguły konwencjonalne, jednakże w pewnych rozwiązaniach istnieje możliwość wykorzystania większej liczby źródeł ciepła, przykładem może być wprowadzenie dwuźródłowej pompy ciepła plus jako trzecie źródło dogrzew konwencjonalny; temperaturę czynnika ogrzewczego w obiegu niskotemperaturowe. (30-600 C), wysokotemperaturowe (70-90o C). Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Pasywne systemy słoneczne Systemy zysków bezpośrednich wykorzystują energię promieniowania słonecznego docierającą w sposób bezpośredni do pomieszczeń Systemy zysków pośrednich - dołączenie do budynku dodatkowej przestrzeni osłoniętej oszkloną ścianą (oszklone werandy, oszklone loggie, dobudowane do ściany budynku szklarnie, ogrody zimowe) Budynki energooszczędne, Budynki pasywne, Budynki zeroenergetyczne   Pasywne systemy słoneczne Warunki komfortu cieplnego wewnątrz ogrzewanych pomieszczeń zależą od zmieniających się warunków klimatycznych, architektury i konstrukcji budynku, zastosowanych materiałów i systemów instalacyjnych. Poszczególne elementy budynku w zależności od swojej orientacji względem stron świata, kształtu, umiejscowienia w strukturze budynku i otoczeniu zewnętrznym, a także materiału, z którego są wykonane i jego własności reagują w różny sposób na zmieniające się warunki otoczenia związane ze zmianami pogodowymi. Innego typu rozwiązania są zalecane do stosowania w ciepłym klimacie, a inne w krajach o trudniejszych warunkach klimatycznych. Dobór odpowiednich materiałów i rozwiązań architektoniczno - budowlanych jest szczególnie istotny w przypadku stosowania rozwiązań pasywnych. Szereg systemów zalecanych do wykorzystywania w krajach Europy Południowej nie może być stosowane w krajach Europy Centralnej i Północnej. Bardzo często wprowadzenie pewnych rozwiązań pasywnych wyklucza możliwość stosowania innych. Każdy projekt budynku z biernym wykorzystaniem energii promieniowania słonecznego musi być nie tylko dopasowany do ogólnych warunków klimatycznych, ale i do warunków lokalnych miejsca zainstalowania systemu. Część budynku od strony północnej powinna być w jak najlepszym stopniu zaizolowana, „szczelna”, aby ograniczyć do minimum straty ciepła. Natomiast część południowa powinna być „otwarta”, aby umożliwić rzeczywisty kontakty z otoczeniem zewnętrznymi i korzystanie przede wszystkim z dostępnej energii promieniowania słonecznego. Rozwiązania pasywne w projektach architektonicznych zaczynają odgrywać coraz większe znaczenie. Prowadzą one do zastosowania większej ilości przestrzeni oszklonych, werand i atrium, oraz do zbliżenie części pomieszczeń użytkowych z otaczającym środowiskiem. Jednakże, zastosowanie systemów pasywnych to nie tylko wprowadzenie większej ilości oszklonych powierzchni, to także wykorzystanie odpowiednich elementów struktury budynku do akumulacji ciepła, a oraz zaprojektowanie i wykonanie kanałów do rozprowadzania ogrzanego powietrza. Charakteryzując w sposób bardzo krótki pasywne instalacje słoneczne można powiedzieć, iż wykorzystują one strukturę budynku zarówno jako kolektor energii promieniowania słonecznego, jak i magazyn, i dystrybutor pozyskanej energii cieplnej. Niestety często zbyt duże powierzchnie oszklone i rodzaj stosowanego materiału powodują, iż w skrajnych warunkach pogodowych warunki mikroklimatyczne w tych pomieszczeniach mogą być nieodpowiednie (zbyt ciepło w lecie, zbyt zimno w zimie). Zastosowanie rozwiązania pasywnego wymaga dokładnej analizy potrzeb energetycznych i warunków pozyskania energii promieniowania słonecznego dla danej lokalizacji. Podstawowa klasyfikacja systemów pasywnych dotyczy ich podziału na systemy zysków bezpośrednich i pośrednich. Systemy zysków bezpośrednich wykorzystują energię promieniowania słonecznego docierającą w sposób bezpośredni do pomieszczeń. Systemy te są najprostszymi i najtańszymi systemami. Jakiekolwiek pomieszczenie zaopatrzone w okno jest praktycznie systemem pasywnym wykorzystującym w sposób bezpośredni energię promieniowania słonecznego. Promieniowanie słoneczne przechodzi przez okno, które stanowi przezroczystą osłonę odbiornika energii promieniowania słonecznego. Następnie jest pochłaniane i magazynowane przez przegrody wewnętrzne, a także meble znajdujące się w pomieszczeniu, przez krótszy lub dłuższy okres czasu w zależności od ich pojemności cieplnej. Zmagazynowana w ten sposób energia jest źródłem ciepła w pomieszczeniu. Regulacja ilości energii dopływającej do wnętrza pomieszczenia może być regulowana przez zasłanianie okien zasłonami, żaluzjami, roletami w celu zmniejszenia strumienia dopływającej energii. Zwiększenie zysków promieniowania odbywa się natomiast przede wszystkim poprzez zwiększenie powierzchni okien (oczywiście przede wszystkim od strony południowej). Z tego ostatniego rozwiązania wynikają od razu podstawowe wady systemu zysków bezpośrednich. Wzrost powierzchni okien powoduje zwiększenie strat cieplnych. Temperatura w pomieszczeniu może ulegać gwałtownym, i często dużym, wahaniom. W ekstremalnych warunkach pogodowych pogarszają się warunki komfortu cieplnego. Chociaż system zysków bezpośrednich ma największą sprawność chwilową. to wzrost temperatury pomieszczenia zgodny w fazie ze wzrostem temperatury zewnętrznej powoduje w czasie lata przegrzewanie pomieszczenia, jest wtedy niepożądany i uciążliwy dla mieszkańców. Podstawową wadą systemu zysków bezpośrednich są gwałtowne wahania temperatury, często większe niż zwykle tolerowane przez człowieka. Efektywnym sposobem zmniejszenia fluktuacji zmian temperatury, przy jednoczesnym zapewnieniu możliwości akumulacji pozyskanego ciepła i wykorzystania go w okresie późniejszym, zgodnie z rzeczywistym zapotrzebowaniem, jest odizolowanie wnętrza budynku od bezpośredniego oddziaływania promieniowania słonecznego. Oddzielenie wnętrza budynku od otoczenia zewnętrznego może być spełnione poprzez wprowadzenie ściany magazynującej, jako elementu pośredniego, na granicy dwóch ośrodków. System zysków pośrednich może być wyposażony w masywną ścianę kolektorowo - magazynującą lub w lekką ścianę kolektorową. Ściana kolektorowa wentylowana może być wyposażona w otwory cyrkulacyjne nad podłogą i pod sufitem, lub posiadać układ wewnętrznych kanałów powietrznych. Osłonięta jest ona od zewnątrz osłoną szklaną. Sama ściana magazynująca często jest koloru czarnego, aby zwiększyć jej zdolność do pochłaniania energii promieniowania słonecznego. Pozyskiwana energia promieniowania słonecznego jest przekazywana do pomieszczeń poprzez ścianę akumulacyjną. W celu intensyfikacji procesów transportu ciepła w górnej i dolnej części ściany otwory mogą być wyposażone w wentylatory, wymuszające cyrkulacje powietrza. Przy dobrych warunkach nasłonecznienia nie jest konieczne stosowanie wentylatorów i przepływ ciepła występuje w sposób naturalny. Chłodniejsze powietrze jest zasysane przez otwór u dołu, w szczelinie (pomiędzy osłoną a ścianą) ogrzewa się i jako powietrze o mniejszej gęstości jest wypierane i górnym otworem powraca do pomieszczenia. Regulacja ilości cyrkulującego powietrza może odbywać się poprzez otwieranie i zamykanie otworów cyrkulacyjnych, oraz poprzez zasłanianie elewacji przy pomocy okiennic, żaluzji, czy rolet. Podstawową zaletą systemu zysków pośrednich są niewielkie wahania temperatury wewnątrz ogrzewanych pomieszczeń. Przewodzenie ciepła przez ścianę akumulacyjną odbywa się względnie powoli. Dzięki temu dzienne zyski z energii promieniowania słonecznego mogą być przekazywane do wnętrza pomieszczenia dopiero w okresie nocnym, co jest optymalnym przesunięciem fazowym czasu przekazywania energii z zewnątrz i dostarczania jej do ogrzewanych pomieszczeń. Systemy pasywne zalecane do stosowania w warunkach klimatu umiarkowanego są to systemy zysków pośrednich z przestrzenią buforową. Jak sama nazwa wskazuje przestrzeń buforowa spełnia funkcję bufora, w tym przypadku cieplnego. Z jednej strony jest łącznikiem pomiędzy otoczeniem zewnętrznym a ogrzewaną przestrzenią. Z drugiej zaś strony jej rolą jest odgrodzenie ogrzewanego pomieszczenia od nagłych zmian pogodowych. Stosowanie przestrzeni buforowej ma zapewnić uzyskiwanie zysków z energii promieniowania słonecznego, przy jednoczesnym ograniczeniu strat cieplnych. Stosowanie rozwiązań zysków pośrednich z przestrzenią buforowej w praktyce sprowadza się do dołączenia do budynku dodatkowej przestrzeni osłoniętej oszkloną ścianą lub wybudowania dodatkowej oszklonej elewacji od strony południowej. W przypadku budownictwa jednorodzinnego przestrzeń buforowa jest z reguły w postaci oszklonych pomieszczeń, takich jak: oszklone werandy, oszklone loggie, dobudowane do ściany budynku szklarnie, ogrody zimowe. W budynkach wielokondygnacyjnych rozwiązania pasywne z przestrzenią buforową przyjmują formę: przezroczystej dodatkowej obudowy całej elewacji, często z balkonami, przezroczystej obudowy części elewacji, fragment budynku z domowymi ogrodami zimowymi zwanymi też przestrzeniami słonecznymi, oszklonych loggii, balkonów, oszklonych atriów. Bardzo częstym rozwiązaniem w przypadku przestrzeni buforowych jest zastosowanie przeszklonej werandy od strony południowej. Weranda jest ogrzewana promieniowaniem słonecznym w sposób bezpośredni, w związku z tym na werandzie tak jak w każdym systemie zysków bezpośrednich, mogą występować gwałtowne i duże zmiany temperatury. Natomiast wewnętrzne pomieszczenie w budynku otrzymuje energię poprzez kolejną oszkloną przegrodę lub ścianę magazynującą w sposób pośredni. Takie rozwiązanie ma szereg zalet o charakterze użytkowym i cieplnym. Oszklona weranda może być wykorzystywana do hodowli roślin i w odpowiednich porach roku jako miejsce wypoczynku, stanowiąc dodatkową przestrzeń użytkową w budynku. Oszklona weranda zapewnia osiąganie w sposób pośredni zysków słonecznych w wewnętrznym pomieszczeniu, zmniejszenie strat cieplnych i utrzymanie w ogrzewanym pomieszczeniu żądanych warunków mikroklimatu. Stosunkowo łatwo można od wewnętrznej strony szklanej osłony werandy instalować dodatkowe elementy izolujące cieplnie (zasłony, żaluzje, rolety), co podnosi efektywność cieplną systemu. Przykłady rozwiązań systemów pasywnych przedstawione Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Usytuowanie kolektorów Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektory słoneczne w budownictwie źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektory słoneczne w budownictwie źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektory słoneczne w budownictwie źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektory słoneczne w budownictwie źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Kolektory słoneczne w budownictwie źródło Viessmann Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014

Ærøskøbing Fjernvarme SME 08.02.2011

Ærøskøbing Fjernvarme SME 08.02.2011

Ærøskøbing Fjernvarme SME 08.02.2011

Zarządzanie energią w gminie wg Radscan SME 08.02.2011

SME 08.02.2011

Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014 Dziękuję za uwagę Włodzimierz Pomierny +48 607 418 411 wlodzimierz@pomierny.net Bioenergia w rolnictwie 30.01.2014