Możliwości wykorzystania energii promieniowania słonecznego w północnozachodniej

Transkrypt

1 POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ Możliwości wykorzystania energii promieniowania słonecznego w północnozachodniej Polsce ZBIGNIEW ZAPAŁOWICZ Copyright: Richard Flegel

2 Plan wykładu Wprowadzenie Potencjał promieniowania słonecznego Sposoby wykorzystania energii promieniowania słonecznego Instalacje kolektorów słonecznych Koszty instalacji kolektorów słonecznych Instalacje fotowoltaiczne Koszty instalacji fotowoltaicznej Podsumowanie 2/38

3 Zasoby energii odnawialnej w Polsce energia wody water energy energia wiatru windenergy 43 PJ/a (1,1% 36 PJ/a (1,0% energia biomasy biomass energy 895 PJ/a (23,4% energia słoneczna solar energy energia geotermalna geothermal energy 1512 PJ/a (39,5% 1340 PJ/a (35,0% Wg. G. Wiśniewskiego IBMER 3/38

4 Parametry charakteryzujące promieniowanie słoneczne Natężenie promieniowania (gęstość strumienia promieniowania słonecznego) na zewnątrz atmosfery ziemskiej (stała słoneczna) 1367 W/m 2 ; na powierzchnia Ziemi około 1000 W/m 2 http//:pl.wikipedia.pl 4/38

5 Stacje meteorologiczne Stacje IMiGW oraz wybrane stacje lokalne w północnozachodniej Polsce 5/38

6 Natężenie promieniowania w Polsce SZCZECIN Natężenie promieniowania moc energii promieniowania słonecznego padającego na jednostkę powierzchni W/m 2 Źródło: Instytut Metrologii i Gospodarki Wodnej 6/38

7 Usłonecznienie w Polsce (około 1500 h) Usłonecznienie ilość godzin promieniowania słonecznego występująca w ciągu roku Źródło: Instytut Metrologii i Gospodarki Wodnej 7/38

8 Natężenie promieniowania w Polsce kwh/m 2 Napromieniowanie (nasłonecznienie) ilość energii słonecznej padającej na jednostkę powierzchni w określonym czasie MJ/(m 2 a) Źródło: Instytut Metrologii i Gospodarki Wodnej 8/38

9 1kWh 3,6 MJ Napromieniowanie całkowite ] Dolna Odra Kołobrzeg Napromieniowanie [kwh/m I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Miesięczne napromieniowanie na powierzchnię poziomą podane przez stacje meteorologiczne: IMiGW w Kołobrzegu oraz Zespołu Elektrownii Dolna Odra w Gryfinie 9/38

10 Potencjał promieniowania słonecznego W warunkach polskich energia promieniowania słonecznego charakteryzuje się dużym natężeniem promieniowania, ale małym usłonecznieniem i napromieniowaniem, Dobre warunki słoneczne występują tylko latem, 10/38

11 Energia promieniowania słonecznego Gospodarka światłem naturalnym Konwersja fototermiczna (kolektory) Konwersja fotoelektryczna (PV) Konwersja fotochemiczna Z. Pluta: Podstawy teoretyczne.. 11/38

12 Konwersja fototermiczna Konwersja niskotemperaturowa Konwersja wysokotemperaturowa Ogrzewanie wody Suszarnictwo Ogrzewanie pomieszczeń Klimatyzacja Destylacja i odsalanie wody Z. Pluta: Podstawy teoretyczne.. Procesy przemysłowe 12/38

13 Zastosowania Energia cieplna wytworzona w kolektorach może być wykorzystana przede wszystkim do podgrzewania c.w.u. lub w suszarnictwie, Na wybrzeżu Bałtyku istnieje duża liczba obiektów turystyczno rekreacyjnych co powoduje, że zapotrzebowanie na c.w.u. jest bardzo duże, Polska północo-zachodnia to rejon intensywnych upraw rolniczych; występuje więc duże zapotrzebowanie energii cieplnej do suszenia produktów rolnych. 13/38

14 Podział kolektorów Kolektor powietrzny ok. 120 m 3 /h Typ SV30 Moc panela PV - 12W, moc wentylatora - 7 W Cena 5940 zł; 1649 Eur 1 m 3 /h 49,5 zł 14/38

15 Podział kolektorów Kolektory cieczowe Płaskie Próżniowe Typu rura cieplna Skupiające Nadążne 15/38

16 Kolektor płaski cieczowy 7,6 m 2 typ LB 76 Płaski kolektor cieczowy firmy Wagner & CO zainstalowany w budynku Katedry Techniki Cieplnej Politechniki Szczecińskiej pokrycie czarny Cr absorber wykonany z Cu 500 l Zbiornik, stacja pomp i regulator parametrów pracy instalacji 16/38

17 1kWh 3,6 MJ Kolektor płaski cieczowy 70 Produkcja energii przez 1 m 2 absorbera [kwh] IX X XI XII I II III IV V E k =318,9 kwh/(m 2 a) VII IX VI VIII X Instalacja wyłączona XI XII I II III IV V VII IX VI VIII E k =299,9 kwh/(m 2 a) ~320 kwh/(m 2 a) 1152 MJ/(m 2 a) η a = ~32% X XI XII Miesięczna produkcja energii cieplnej przypadająca na 1 m 2 absorbera; (pokrycie absorbera czarny Cr) 17/38

18 Kolektor próżniowy Vitosol 200 Wymiennik typu rura Fielda Szklana rura Absorber Próżnia Vitosol 300 Skraplacz Szklana rura Próżnia ~700 kwh/(m 2 a) Absorber Źródło: Viessmann Para Skropliny 18/38

19 Kolektor typu CPC Kolektor stacjonarny Kolektor nadążny CPC - Compound Parabolic Concentrator Cena 1290 zł/m 2 ; 360 Eur Kolektor Turbosolar firmy AKFA Źródło: Paradigma 19/38

20 Instalacja c.w.u. Instalacja cena netto zł/m 2 ( Euro) Instalacja cena brutto (z VAT) zł/m 2 ( Euro) Udział ceny kolektora w cenie instalacji ~(35% 55%) Polska Ekologia Sp. z.o.o. 20/38

21 Instalacja c.w.u. + c.o. Kolektor Instalacja 1100 zł/m zł/m 2 (300 Euro) (580 Euro) ~50-53% Polska Ekologia Sp. z.o.o. 21/38

22 Przetworniki energii Możliwości techniczne przetwarzania energii promieniowania słonecznego na energię cieplną nie stwarzają problemów, Technologie mają charakter przemysłowy 22/38

23 Kolektor płaski cieczowy typks2000s czarny Cr 1,83 m 2 Cena zł/m 2 ; ( ) Eur typks2000t warstwa TiNOX Cena zł/m 2 ; ( ) Eur 23/38

24 Kolektor płaski cieczowy 2400 Cena zestawu z kolektorami [zł/m 2 ] czarny Cr Ceny brutto TiNOX Hewalex KS 2000 SP KS 2000 TLP A [m 2 ]. Cena zestawu z kolektorem słonecznym (w przeliczeniu na 1 m 2 absorbera) w funkcji powierzchni absorbera. 24/38

25 Kolektor próżniowy 4100 Cena zestawu z kolektorami [zł/m 2 ] Ceny brutto Hewalex KSR ,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5. A [m 2 ] 25/38

26 Koszty instalacji kolektorów słonecznych Konstrukcja, 4,5 % Układ R-S, 24,5 % Kolektor, 39,0 % Zasobnik, 32,0 % Udział kosztów elementów instalacji kolektorowej 26/38

27 A Cenajednostkowa energi cieplnej c[zł/gj] Z k [zł/(m 2 a)] B Prostyczaszwrotu inwestycji [lata] 50 E k [kwh/(m 2 a)] K i [zł/m 2 ] E k [kwh/(m 2 a)] 0,9 0,8 0,7 C 1,0 0,6 0,5 Sprawnośćkotła p B um [kg/m 2 a] K k [zł/m 2 ] % 60% k K i [zł/m 2 ] Udział kosztówkolektora wkoszciecałkowitym instalacji słonecznej 50% 40% 20% 30% D Nomogram do obliczeń czasu zwrotu nakładów inwestycyjnych na budowę instalacji płaskich kolektorów cieczowych 27/38

28 Koszty instalacji kolektorów słonecznych Powodzenie inwestycji zależy od realnej oceny kosztów budowy instalacji słonecznej, Brak szczegółowej i rzetelnej informacji potrzebnej do ekonomicznej oceny inwestycji 28/38

29 Instalacje PV Moc zainstalowana 1100 W Typ M110 Siemens ogniwa monokrystaliczne Falownik Sunny- Boy 850 W 29/38

30 Instalacje PV kwh 30/38

31 Instalacje PV Średnia roczna produkcja energii elektrycznej (za 9 lat) 986,6 kwh/a Energia uzyskiwana z 1 W p mocy zainstalowanej 0,897 kwh/a ~ 0,9 kwh/a 31/38

32 Roczna produkcja energii elektrycznej [kwh] Instalacje PV Yearlyelectrical energyproduction [kwh] Moc zainstalowana zestawu PV - 1,1 kw 32/38

33 Roczna produkcja energii elektrycznej [kwh] Electrical energy production [kwh/month Instalacje PV I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Moc zainstalowana zestawu PV - 1,1 kw 33/38

34 Instalacje PV 2,0 Zysk z 1W p. panelu[zł/w p a] 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Cenajednostkowa energii elektrycznej [zł/kwh] 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Rocznaprodukcjaenergii elektrycznej z1w. p [kwh/w p a] 34/38

35 Instalacje PV AC PRIM Sp. z.o.o. Cena modułu [zł/w] PV-m onokrys taliczne PV-polikrys taliczne Moc panela [W] 35/38

36 Instalacje PV Koszty wytwarzania energii elektrycznej są bardzo duże, Instalacje PV mogą być stosowane tylko w szczególnych warunkach, Powodzenie inwestycji zależy od realnej oceny kosztów budowy instalacji PV. 36/38

37 Wnioski Obecnie konieczne jest wsparcie finansowe rozwoju energetyki słonecznej w Polsce, Fundusze na wsparcie mogą pochodzić, albo ze zwolnienia inwestycji z podatku VAT albo z podatku ekologicznego pochodzącego od małych instalacji energetycznych wykorzystujących paliwa konwencjonalne. 37/38

38 Dziękuję Państwu za uwagę 38