Energia Słońca i Biomasy ICOSAW

Prezentacja na temat: "Energia Słońca i Biomasy ICOSAW"— Zapis prezentacji:

1 Energia Słońca i Biomasy ICOSAW

2 Problemem jest jednak techniczne wykorzystanie tych zasobów
Energia Słońca Energia promieniowania słonecznego jest podstawowym źródłem energii na Ziemi. Wykorzystują ją w procesie fotosyntezy rośliny, z których następnie powstają zasoby biomasy. Nawet energia paliw kopalnych w pośredni sposób pochodzi od energii Słońca: węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny to przekształcona w biochemicznych i fizycznych procesach biomasa sprzed milionów lat. Słońce w ciągu zaledwie jednego dnia dostarcza więcej energii, niż przez 27 lat zużywa cała ludzkość. Problemem jest jednak techniczne wykorzystanie tych zasobów

3 Energia Słońca Ilość energii docierającej w ciągu roku do powierzchni Ziemi jest wielokrotnie większa niż cały zgromadzony na Ziemi potencjał energii odnawialnej i nieodnawialnej. Słońce jest źródłem energii o mocy: MW Co rok na powierzchnię ziemi dociera energia (w postaci ciepła i światła) w ilości: MWh Część promieniowanie słonecznego nie może dotrzeć do powierzchni Ziemi z powodu: zbytniego zachmurzenia, niekorzystnego kąta padania promieni słonecznych, bądź zanieczyszczeń, mimo to jednak zasoby energii , które ludzkość ma do dyspozycji nadal pozostają ogromne.

4 Energia Słońca Łącznie wszystkie kraje na świecie zużywają: 939 MWh
czyli ok razy mniej niż ilość energii słonecznej, która dociera rocznie na powierzchnię ziemi.

5 Energia Słońca Ilość promieniowania słonecznego docierającego do danego miejsca zależy od: szerokości geograficznej, zachmurzenia, zanieczyszczenia powietrza. Im dalej od równika … Im więcej dni pochmurnych … Im bliżej wielkich miast … ... tym mniej energii słonecznej dociera do danego miejsca na Ziemi.

6 Energia Słońca Zasoby słoneczne określone są poprzez dwa parametry:
natężenie promieniowania słonecznego

7 Energia Słońca czas nasłonecznienia

8 Energia Słońca W Podkarpackim średnie nasłonecznienie miesięczne wg danych 10 letnich wynosi odpowiednio od 0,8 kWh/m2/dzień w grudniu do 5.04 kWh/m2/dzień w lipcu. Taki rozkład predestynuje wykorzystanie do celów turystyczno-wypoczynkowych z zabezpieczeniem potrzeb własnych w miesiącach o mniejszym nasłonecznieniu. Instalacje kolektorów słonecznych pozwalają zaoszczędzić minimum 50% rocznego zapotrzebowania na energię cieplną dla otrzymywania ciepłej wody w budownictwie mieszkaniowym. ogólna mapa nasłonecznienia średniorocznego dla obszaru Podkarpacia

9 Energia Słońca Miesięczne sumy promieniowania całkowitego na terenie Podkarpacia.

10 Energia Słońca Energię Słoneczną możemy wykorzystywać do: energii cieplnej, pozyskiwanej w procesie konwersji fototermicznej w kolektorach słonecznych, energii elektrycznej, wytwarzanej w procesie konwersji fotowoltaicznej w ogniwach fotowoltaicznych.

11 Energia Słońca Zastosowanie : Domy jedno i wielorodzinne
Hotele i pensjonaty Ośrodki wypoczynkowe Szpitale Szkoły Przetwórnie owocowo-warzywne Baseny kąpielowe Kluby sportowe Firmy i zakłady przemysłowe Rolnictwo

12 Kolektory Słoneczne Pod pojęciem „kolektor słoneczny” rozumiemy najczęściej urządzenie pozwalające dokonywanie termokonwersji energii promieniowania słonecznego oraz odbiór powstałej w ten sposób energii termicznej. Padające promieniowanie słoneczne, bezpośrednie lub rozproszone, przenika przez pokrycie szklane kolektora i pada na powierzchnię absorbera, gdzie jest pochłaniane i zamieniane na energię termiczną. Uzyskiwane ciepło przez system przewodów instalacji doprowadzane jest do wymiennika ciepła w zbiorniku akumulacyjnym. Prosta zasada pracy powoduje, że kolektory w trakcie normalnej pracy praktycznie nie wymagają ingerencji użytkownika

13 Kolektory Słoneczne Instalowania kolektorów dokonuje się najczęściej na dachach budynków, ale spotkać je można również na wolnostojących konstrukcjach lub przytwierdzone do ścian elewacji. Doświadczenia przeprowadzone przez firmy zajmujące się produkcją kolektorów pokazują, że nachylenie płaszczyzny kolektora α względem płaszczyzny poziomej odgrywa istotną rolę w odbiorze promieniowania słonecznego. Optymalne warunki pracy uzyskuje się, gdy promienie słońca padają na szybę kolektora prostopadle

14 Kolektory Słoneczne Ze względu na zmienną wartość kąta β w zależności od pory dnia i pory roku, kąt nachylenia kolektora α także powinien być różny w poszczególnych miesiącach roku. W praktyce przyjmowane usytuowanie paneli solarnych, jest z reguły stałe przez cały rok, nachylenia kolektorów wahają się w granicach kąta α = 30  60° (optymalnie 45°). Warto zaznaczyć, że dla instalacji tylko letnich (baseny kąpielowe otwarte) zalecane jest przyjmowanie kąta α o wartościach niższych, a dla systemów wspomagających ogrzewanie budynku wartości wyższych.

15 Kolektory Słoneczne Trzymając się wytycznych projektowych, należy wspomnieć o kącie azymutu dla kolektorów słonecznych zdefiniowanym jako kąt odchylenia od kierunku południowego - Najbardziej korzystne jest kierowanie płaszczyzny kolektora w stronę południową. Straty zysków energetycznych kolektorów odchylonych od azymutu o 45° nie są znaczące, bo mieszczą się w granicach do 10 %. Dopuszczalne są zatem pewne odchylenia od azymutu i przyjmuje się je w granicach kąta γ =  45.

16 Kolektory Słoneczne Ze względu na stosowane medium, rozróżniamy dwa zasadnicze typy kolektorów: cieczowe powietrzne. Kolektory cieczowe dodatkowo dzielą się na płaskie rurowo próżniowe. Poszczególne rodzaje kolektorów posiadają odmienne właściwości uzysku energii cieplnej w czasie rocznego okresu eksploatacji.

17 Kolektor słoneczny cieczowy płaski

18 Kolektor słoneczny cieczowy płaski
Budowa kolektora słonecznego płaskiego nie jest skomplikowana urzadzenie składa się z kilku charakterystycznych elementów, które przedstawiono na rysunku. zawierającym przekrój kolektora firmy Hewalex wraz z całokształtem jego konstrukcji. Większość produkowanych kolektorów cieczowych, posiadają selektywne pokrycie absorberów, charakteryzujące się wysokim współczynnikiem absorpcji promieniowania słonecznego i niską emisyjnością w zakresie promieniowania cieplnego. Aktualnie stosowane są w kolektorach, w celu zwiększenia selektywności właściwości promienistych absorbera, dwa podstawowe rodzaje pokryć absorpcyjnych, jest to czarny chrom oraz TiNOX Classic (tytan i krzem). Warstwa TiNOX w porównaniu czarnym chromem zwiększa sprawność kolektora o około 10 % zwłaszcza w okresie zimy, gdy przeważa promieniowanie rozproszone. Płyta absorbera oraz przylutowane do niej rurki, których przepływa czynnik grzewczy wykonane są z czystej miedzi. W kolektorze oprócz absorbera równie ważna jest szyba przykrywająca, przez którą promieniowanie słoneczne przepuszczane jest z bardzo niewielkimi stratami, natomiast promieniowanie cieplne emitowane przez absorber jest przez nią zatrzymywane. Zastosowanie mają szyby zwykłe oraz solarne o niskiej zawartości tlenków żelaza. Szyba solarna SUN PLUS wyróżnia się wysoką przepuszczalnością w całym zakresie widmowym promieniowania słonecznego oraz dodatkowo małym współczynnikiem odbicia promieniowania słonecznego. Jako izolację, zmniejszającą straty ciepła z kolektora do otoczenia przez jego powierzchnię tylną i boczną, stosuje się głównie wełnę mineralną lub poliuretan. Całość kolektora zamknięta jest w szczelnej, naturalnie wentylowanej, obudowie wykonanej z aluminium, która dodatkowo może być na specjalne zamówienie lakierowana w dowolnie wybranym kolorze.

19 Kolektor słoneczny rurowo-próżniowy

20 Kolektor słoneczny rurowo-próżniowy
Budowa kolektora słonecznego rurowo-próżniowego podobnie jak w przypadku kolektora płaskiego cieczowego, składa się z kilku charakterystycznych podstawowych elementów. Przykładowy przekrój konstrukcji kolektora obrazuje rysunek. Konstrukcję nośną o dużej sztywności stanowi układ kilku podwójnych szklanych rur próżniowych przyłączonych do zbiorczej obudowy. W kolektorach próżniowych zewnętrzna rura stykająca się z powietrzem jest przeźroczysta dla dostępu promieniowania słonecznego, natomiast wewnętrzna posiada napyloną specjalną warstwę wysokoselektywnego absorbera przekształcającego energię promieniowania słonecznego w energię termiczną. Straty energii między absorberem i otoczeniem, jakie powstają w kolektorze płaskim w wyniku konwekcyjnego ruchu powietrza w szczelinie pomiędzy nimi, są tutaj eliminowane poprzez skuteczną izolacją cieplną, jaką zapewnia próżnia panująca wewnątrz pojedynczej rury próżniowej lub pomiędzy rurami tworzącymi naczynie próżniowe. Dzięki temu kolektor może pracować nawet w czasie niewielkiego i rozproszonego promieniowania słonecznego, jakie występuje w okresie zimowym oraz podczas zachmurzenia

21 Kolektory cieczowe

22 Kolektor Powietrzny Budowa kolektora powietrznego jest zbliżona do cieczowego. Zasadnicza różnica występuje w medium odbierającym energię termiczną oraz w wyposażeniu instalacji. Kolektor powietrzny jest to najczęściej skrzynka z pokryciem transparentnym lub rękaw z folii (najlepiej tedlarowej) zaopatrzony z jednej strony we wlot powietrza nie ogrzanego, a z drugiej strony w wylot powietrza już ogrzanego. Powietrze tłoczone przez wentylator przejmuje energię od absorbera tworzącego dno skrzynki albo czarnej polówki rękawa foliowego lub czarnego rękawa wewnętrznego, który w wyniku działania promieniowania słonecznego nagrzewa się. W przypadku kolektorów foliowych tłoczone powietrze zapewnia dodatkowo kolektorowi odpowiednią postać i sztywność. Kolektory te nie są szeroko rozpowszechnione, niemniej jednak mogą być z powodzeniem stosowane latem w okresie największego nasłonecznienia i największego zapotrzebowania na energię do suszenia płodów rolniczych, np. owoców, warzyw, ziarna zbóż, siana czy ziół. Ogrzane w kolektorze powietrze służyć może również bezpośrednio do ogrzewania budynków, przygotowania ciepłej wody oraz ładowania ciepłem gruntowego wymiennika ciepła. Wadą kolektorów powietrznych jest niska sprawność systemów przy złych warunkach solarnych oraz konieczność stosowania dogrzewania w okresach niewystarczającego nasłonecznienia, co wpływa na sezonowy charakter wykorzystania instalacji

23 Zastosowanie kolektorów Słonecznych
Instalacje z wykorzystaniem kolektorów słonecznych mogą służyć zarówno do podgrzewania wody użytkowej jak i do wspomagania centralnego ogrzewania. W przypadku ostatniego zastosowania całkowita powierzchnia kolektorów musi być znacznie większa. Dlatego powszechniejsze i uzasadnione również ekonomicznie, jest przeznaczenie instalacji słonecznych do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Przy doborze ilości kolektorów oraz pojemności zasobnika, uwzględnia się dobowe zapotrzebowanie na wodę przez użytkowników. Obowiązuje także bezwzględna konieczność dopasowania mocy baterii kolektorów słonecznych do mocy odbiornika ciepła tj. wężownicy lub wymiennika płytowego. Prezentowany na rysunku schemat jest schematem układu najczęściej spotykanego w małych instalacjach domowych. W rozwiązaniu tym woda podgrzana przez kolektory słoneczne, w okresach niewystarczającego promieniowania słonecznego może być dogrzewana przez kocioł centralnego ogrzewania.

24 Zastosowanie kolektorów Słonecznych

25 Zasobnik Zasobnik wody to urządzenie, którego zadaniem jest zmagazynowanie energii słonecznej w postaci ciepłej wody, aby możliwe było wykorzystanie jej w chłodniejsze dni. Zasobnik składa się z płaszcza zewnętrznego i wewnętrznego a przestrzeń pomiędzy nimi wypełnia materiał izolacyjny (pianka poliuretanowa lub polistyrenowa). Wewnątrz zbiornika znajdują się wymienniki rurowe spiralne, dzięki którym możliwa jest wymian ciepła pomiędzy medium grzewczym a wodą. Możemy wyróżnić kilka rodzajów wymienników: stalowe spawane w płaszcz zasobnika; miedziane zamontowane na kołnierzu; nierdzewne zamontowane na kołnierzu lub spawane w płaszcz zasobnika. Dodatkowo zbiorniki mogą być wyposażone w grzałki elektryczne, które są w stanie dogrzać wodę w sytuacji gdy jej temperatura jest niewystarczająca. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest pionowy zbiornik z dwoma wężownicami.

26 Zasobnik dwuwężownicowy

27 Układ regulujący Jego zadaniem jest włączanie pompy w czasie, gdy różnica temperatur pomiędzy medium roboczym a wodą jest wystarczająca. Najczęściej jest to temperatura ok. 2oC. Poprzez swoje działanie urządzenie to w efektywny sposób ogranicza wzrost temperatury w zbiorniku i kolektorze do maksymalnych wartości. Regulatory posiadają również opcje rozmrażania w okresach zimowych. W takim przypadku regulator włącza pompę i chwilowo kieruje ciepło ze zbiornika na kolektor.

28 Zespół Pompowy Używany w technice solarnej dzieli się na jedno lub wielo pompowe. Oprócz pompy obiegowej głównego elementu w skład zespołu pompowego wcho dzą zawory (bezpieczeństwa, zwrotne), manometr, termometr, przepływomierz, oraz naczynie zbiorcze. Bardzo ważny jest aby układ pompowy dobrany był do danej instalacji. Należy uwzględniać liczbę kolektorów oraz długość i średnicę rur

29 DOBÓR Zestaw solarny do ciepłej wody użytkowej dla domu jednorodzinnego

30 Biomasa – wiadomości wstępne
Jest to substancja organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego wykorzystywana do produkcji ciepła, energii elektrycznej lub szeroko pojętych biopaliw. Biomasa jest produktem reakcji fotosyntezy: CO2 + 2H2O +hv→ O2 + H2O + (CH2O) kJ

31 Biomasa wady i zalety Zalety Wady
Ograniczenie emisji CO2 a tym samym ograniczenie efektu cieplarnianego Tworzenie nowych miejsc pracy, szczególnie w rolnictwie Stałe i pewne dostawy krajowego nośnika energii Aktywizacja przemysłowo- ekologiczna lokalnych społeczności wiejskich Wady Ryzyko wprowadzenia monokultur Niewłaściwe spalanie biomasy powoduje powstanie telnetu azotu

32 Wkłady kominkowe Wkłady kominkowe przeznaczone są głównie dla gospodarstw domowych, stosowane są jako wspomaganie istniejących już instalacji chodź w ostatnich latach wzrost sprawności spowodował że coraz częściej stają się głównym źródłem ciepła dla domu. Wymagają ciągłej obsługi (kilka razy dziennie). W kominkach otwarte palenisko jest umieszczone na podstawie odpornej na działanie wysokich temperatur, dzięki czemu oddziela je od podłogi. Obudowa wraz z żaroodporną szybą ogranicza ewentualne rozprzestrzenianie się ognia. Wkład kominkowy to komora spalania, w której następują procesy konwersji paliwa na ciepło. Dzięki swej szczelności poprawia on sprawność cieplną ale konieczne staje się doprowadzenie do niej powietrza biorącego udział w procesie spalania. Powietrze jest dostarczane za pomocą regulowanych wlotów powietrza. Wewnątrz wkładu następuje spalanie w jednoczesnym wydzieleniem gazów, które poprzez komin odprowadzane są na zewnątrz. Kominki wyposażone są w dodatkowy obieg powietrza przy pomocy, którego następuje odbieranie ciepła z wkładu kominkowego i dostarczanie go poprzez system rozprowadzający do ogrzewanych pomieszczeń. Dodatkowo ciepło przekazywane jest za pomocą promieniowania przez szklane drzwiczki wkładu.

33 Wkłady kominkowe

34 Kotły na drewno Kotły na drewno z ręcznym załadunkiem charakteryzują się cyklicznym procesem spalania związanym z powtarzającym się uzupełnianiem paliwa. Spalanie przebiega ze stała mocą, która zależy od ilości i jakości załadowanego paliwa, wilgotności jak również od objętości doprowadzonego powietrza. W kotłach, w których następuje cykliczny załadunek paliwa koniczne jest stosowanie zbiorników akumulacyjnych, które gromadzą nadwyżkę w czasie pracy i oddają ją do instalacji w czasie załadunku. Sprawność kotłów na drewno wacha się w granicach od 40 do 100 %. Długość spalania wynosi od 8 do 12 godzin a usuwanie popiołu od 3-5 dni. Najczęściej spotyka się kotły o mocach od kW stosowanych głównie w gospodarstwach indywidualnych. W kotłach, w których kontrolowany jest poziom tlenu, obciążenie może być zredukowane do około 50% wartości nominalnej, bez jednoczesnego wpływu zarówno na sprawność jak również na emisję. Przy kontroli poziomu tlenu, sonda lambda mierzy zawartość tlenu w spalinach, a system kontroli kotła steruje dopływem powietrza. Aby uniknąć potrzeby załadowywania kotłów co 2-4 godziny dziennie, podczas najzimniejszych miesięcy w roku, moc nominalna kotłów wykorzystujących drewno opałowe jest dobrana tak, ażeby 2- krotnie przewyższać zapotrzebowanie na ciepło budynku.

35 Kotły na drewno

36 Kotły z automatycznym podajnikiem
Kotły tego typu używane są w domowych kotłowniach a także w różnego rodzaju zakładach przemysłowych, w których do produkcji wykorzystuje się ciepło technologiczne. Charakteryzują się skomplikowaną budową (dodatkowe urządzenia takie jak podajniki ślimakowe czy wygarniacze popiołu). Ze względu na ciągłość pracy wymagają stałego nadzoru. Paliwem dla kotłów z automatycznym zasypem są zrębki, granulaty, ziarna itp. a sprawność uzyskiwana kształtuje się w granicach % przy niewielkiej emisji CO. Kotły z automatycznym zasypem dzielimy na: kompaktowe, z osobnym zasobnikiem i kotłem, kotły z wbudowanym przedpaleniskiem.

37 Analiza kosztów instalacji wykorzystujących energię biomasy
Porównania nakładów i kosztów rocznych eksploatacji, w zależności od źródła energii

38 Dobra kombinacja, ekonomii, ekologii
i zdrowego ciepła To ICOSAW