Ekologiczna energia ze źródeł odnawialnych

Budując ekologiczny dom rodzinny musimy myśleć nie tylko o materiałach spełniających wymogi zrównoważonego rozwoju. Równie ważną kwestią jest planowana eksploatacja budynku, w tym zwłaszcza źródła energii potrzebnej do ogrzewania wnętrz i wody oraz wytwarzania prądu elektrycznego. Aby zredukować globalne obciążenie środowiska naturalnego prawo faworyzuje rozwiązania, które korzystają ze źródeł odnawialnych (OZE). Jakie masz więc możliwości?



Panele fotowoltaiczne na dachu. Fot. Diyana Dimitrova/ShutterstockPanele fotowoltaiczne na dachu. Fot. Diyana Dimitrova/Shutterstock
  1. Kocioł na biomasę
  2. Energia słoneczna
  3. Pompy ciepła
  4. Energia wiatrowa
  5. Dobra izolacja podstawą energooszczędności!
W tradycyjnym budownictwie mieszkaniowym potrzeby grzewcze i prądowe pokrywały przez długie dekady surowce nieodnawialne, czyli węgiel, gaz i olej. Ich wykorzystanie nie tylko nadwątla jednak zasoby planety Ziemi, ale wiąże się z emisją ogromnych ilości dwutlenku węgla i innych związków zanieczyszczających powietrze, wodę i glebę. Nic dziwnego, że zarówno unijne jak i krajowe przepisy od lat wspierają wysiłki zmierzające z jednej strony do oszczędzania energii, z drugiej do pozyskiwania jej z odnawialnych źródeł.

Kocioł na biomasę


Najprostszym i najtańszym krokiem w kierunku bardziej ekologicznego ogrzewania domu jest przejście z kotła na węgiel czy pieca gazowego na kocioł na biomasę. Czym jest owa tajemnicza biomasa? Przyjmuje ona najczęściej postać pelletów lub tzw. eko-groszku wyprodukowanych z odpadów roślinnych bądź szybkorosnącego drewna czy traw. W Polsce do produkcji biomasy wykorzystuje się w szczególności różne gatunki wierzby, miskant olbrzymi, topolę hybrydową oraz topinambur.

W jaki sposób spalanie brykietów ma być bardziej ekologiczne? Po pierwsze, ilości emitowanego dwutlenku węgla są na tyle niskie, że bilansują się z CO2 pochłoniętym przez dane rośliny w czasie ich wzrostu. Po drugie, surowiec wykorzystany do spalania może być łatwo i bez większego obciążenia ekologicznego odnowiony w ciągu maksymalnie kilku lat.

Zarówno sam kocioł, jak i paliwo do niego są relatywnie niedrogie, a przy tym odznaczają się wysoką efektywnością energetyczną. Biomasę trzeba jednak oczywiście regularnie kupować i składować, co bywa wyzwaniem w mniejszych budynkach. Obsługa kotła nie jest co prawda trudna, ale wymaga częstego uzupełniania paliwa (co 1-5 dni) i opróżniania podajnika na popiół (ok. raz na miesiąc). Wielu właścicieli domów postrzega to jako niewygodę, choć zakres uciążliwości jest zdecydowanie niższy niż w przypadku obsługi kotła na węgiel.

Aby wykorzystać energię z kotła potrzebna jest instalacja grzewcza analogiczna do tej stosowanej przy tradycyjnych kotłowniach węglowych. Biomasa może służyć zarówno do ogrzewania wnętrz (grzejniki bądź ogrzewanie podłogowe), jak i do ogrzewania wody i to również poza okresem grzewczym. 

Energia słoneczna


Najbardziej przyszłościowym i najdynamiczniej rozwijającym się sektorem OZE w Polsce i Europie jest energia słoneczna. Jej popularność wynika przede wszystkim z łatwej dostępności promieniowania, minimalnego balastu ekologicznego oraz opcji samodzielnej produkcji energii elektrycznej.

Energię solarną można w domu rodzinnym wykorzystywać bowiem na dwa sposoby. Podstawowym rozwiązaniem są kolektory słoneczne, czyli urządzenia, które pozwalają ogrzewać wodę użytkową. Przekazują one ciepło słońca do zbiornika akumulacyjnego, gdzie za pomocą specjalnego wymiennika energia wykorzystywana jest do podgrzewania wody. Kolektory najlepiej funkcjonują latem, kiedy potrafią ogrzać całą potrzebną w domu wodę, podczas gdy zimą jedynie redukują koszty związane z ogrzewaniem jej innymi sposobami. Naturalnie ich potencjał zależy od powierzchni – 1 m2 kolektora starcza na ogrzanie 40-60 litrów wody. Czteroosobowej rodzinie powinno więc wystarczyć ok. 6 m2 solarów.

Kolektory montuje się je wyłącznie na powierzchniach (zazwyczaj dachach) zwróconych na południe lub południowy zachód. Zgromadzony w dany dzień nadmiar energii może być wykorzystany nazajutrz, co jest korzystne w przypadku pochmurnych dni. Dzięki kolektorom można również wspomagać centralne ogrzewanie oraz ogrzewać wodę w basenie.

Krok dalej w kierunku energetycznej niezależności oferuje fotowoltaika, która pozwala nie tylko ogrzewać budynek i wodę, ale również produkować prąd niezbędny do zasilania domowych urządzeń. Panele PV to bardzo droga technologia, która wymaga dużej inwestycji na początku. Z drugiej strony, jej żywotność sięga nawet 40 lat, a sama energia słoneczna jest przecież darmowa.

Opłacalność inwestycji zależy od kilku czynników, zwłaszcza powierzchni zamontowanych paneli oraz ilości słonecznych dni w roku. Latem fotowoltaika jest w stanie pokryć w 100% zapotrzebowanie na ciepło i prąd, ale zimą zazwyczaj jest niewystarczająca. Zaletą jest natomiast opcja odsprzedaży nadmiaru wyprodukowanej energii. Wśród negatywów wymienia się konieczność drogiej wymiany usterkowego konwertera oraz potrzebę odśnieżania i czyszczenia paneli.
Kocioł na pellety. Fot. PV productions/Shutterstock

Pompy ciepła


Bardzo ciekawą alternatywą dla kotłów na biomasę są pompy ciepła. To urządzenia, które co prawda potrzebują energii elektrycznej do działania, ale drastycznie obniżają rachunki za prąd, jak również poziom szkodliwych emisji. Ich praca nie wiąże się z procesem spalania, więc technologia sama w sobie nie zagraża środowisku – jedynym obciążeniem jest koszt ekologiczny energii pobranej z sieci.
Pompy ciepła są drogie, a ich montaż również sporo kosztuje. Jest jednak łatwiejszy niż instalacja fotowoltaiki, bo pompa zajmuje mało miejsca, a jej zewnętrzna jednostka może być zlokalizowana w niemal dowolnym punkcie wokół domu. Wewnętrzna jednostka łatwo zmieści się w pralni czy garażu. Działanie jest bezobsługowe, całkowicie bezpieczne i nie wymaga gromadzenia paliwa. Co ważne, pompa nie tylko ogrzewa, ale w razie potrzeby może również chłodzić budynek zastępując klasyczną klimatyzację!

Podstawowym i najpopularniejszym typem pompy ciepła jest urządzenie powietrze-woda. Wykorzystuje ono ciepło zgromadzone w powietrzu na zewnątrz domu i spręża je w taki sposób, aby dało się wykorzystać do ogrzania wody w bojlerze oraz instalacji grzewczej. Ku podziwu dzięki zastosowaniu specjalnego czynnika chłodniczego o niskiej temperaturze wrzenia, pompa jest w stanie generować ciepło z powietrza, nawet gdy za oknem panuje mróz poniżej -20°C!

Droższym i bardziej skomplikowanym technicznie rozwiązaniem jest pompa ciepła gruntowa. W tym przypadku zewnętrzną jednostkę pompy umieszcza się w odwiercie na głębokości nawet do 100 m. Urządzenie pobiera ciepło z ziemi, co jest opcją wydajniejszą i stabilniejszą niż w przypadku pompy powietrze-woda. W rezultacie gruntowe pompy są bardziej efektywne i dają wyższą moc grzewczą. Energia geotermalna zmienia czynnik chłodniczy z cieczy w parę, która po sprężeniu przekazywana jest do skraplacza i zasila zarówno instalację grzewczą domu, jak i bojler. Naturalnie, nie we wszystkich lokalizacjach warunki geologiczne umożliwiają wykonanie stosownie głębokich odwiertów.
Tabela przedstawiająca możliwe źródła energii odnawialnej dla domów rodzinnych; opracowanie własne
Tabela przedstawiająca możliwe źródła energii odnawialnej dla domów rodzinnych; opracowanie własne

Energia wiatrowa


Choć energia wiatru kojarzy się przede wszystkim z ogromnymi farmami turbin, w rzeczywistości można ją wykorzystać również w rodzinnych domach. Przydomowa elektrownia wiatrowa miewa moc od 3 do nawet 50 kW (najczęściej 5 kW) i składa się z turbiny obracanej wiatrem oraz generatora, który zmienia energię kinetyczną w prąd. Otrzymaną energię elektryczną można wykorzystać do zasilania urządzeń domowych i oświetlenia, zaś nadmiar magazynować w specjalnych akumulatorach lub sprzedawać do sieci.

Rozwiązanie jest oczywiście w pełni ekologiczne, a sama energia, w przeciwieństwie do pelletów, jest całkiem darmowa. Niestety, technologia jest dość droga, zwłaszcza, jeśli zdecydujemy się system off-grid wymuszający posiadanie własnych akumulatorów. Te ostatnie wymagają regularnej i kosztownej wymiany, a ponadto same w sobie są obciążeniem dla środowiska naturalnego.

Naturalnie opłacalność inwestycji w dużym stopniu zależy od warunków meteorologicznych w danej lokalizacji, które nie wszędzie są optymalne. Ona też uzależniają wybór rodzaju turbiny – poziomej, generującej większy hałas, ale efektywniejszej, lub pionowej, cichszej i stabilniejszej, mniej podatnej na uszkodzenia spowodowane silnym wiatrem. Niestety, przydomowa elektrownia wiatrowa nie jest w stanie pokryć wszystkich potrzeb energetycznych gospodarstwa domowego!
Idealistyczna wizja eko-domu wykorzystującego energię słoneczną i wiatrową. Fot. /Shutterstock

Dobra izolacja podstawą energooszczędności!


W praktyce coraz więcej właścicieli domów decyduje się na kombinowane pokrywanie potrzeb energetycznych. Pompy ciepła na przykład często łączone są z fotowoltaiką, która dostarcza prądu niezbędnego do funkcjonowania urządzenia.

Bez różnicy na wybrany rodzaj OZE lub ich kombinację ekologiczny dom powinien przede wszystkim ograniczać zużycie energii. Oprócz racjonalnych praktyk i energooszczędnych urządzeń wiąże się to przede wszystkim z inwestycją w wysokiej jakości izolację, która do maksimum ograniczy straty ciepła. Wybór surowca izolacyjnego jest dziś szeroki i obejmuje również materiały pochodzenia naturalnego lub recyklowane, przyjazne dla środowiska.
Im lepiej docieplony jest dom rodzinny, tym bardziej opłacalna staje się inwestycja w kocioł na biomasę, pompę ciepła czy fotowoltaikę!
Ekologia.pl (Agata Pavlinec)

Bibliografia

1. „Moc zainstalowana OZE wzrosła do ponad 22 GW” Rynek Elektryczny; https://www.rynekelektryczny.pl/moc-zainstalowana-oze-w-polsce/, 21/03/2023
2. „Analysis of renewable energy use in single-family housing” Wojciech Drozd i in., https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/eng-2019-0039/html, 21/03/2023
3. “Solar Energy: Benefits and Drawbacks” MATTHEW JOHNSTON, https://www.investopedia.com/articles/investing/053015/pros-and-cons-solar-energy.asp, 21/03/2023
4. “Solar Energy Pros And Cons: What Are The Advantages And Disadvantages?” Chauncey Crail, https://www.forbes.com/home-improvement/solar/solar-energy-pros-and-cons/, 21/03/2023
5. “HEAT PUMPS PROS AND CONS – A COMPLETE GUIDE” The Renewable Energy Hub, https://renewableenergyhub.co.uk/main/heat-pumps-information/heat-pumps-pros-and-cons/, 21/03/2023
6. “Is a Home Wind Turbine Right for You?” Katherine Gallagher, https://www.treehugger.com/home-wind-turbine-5089097, 21/03/2023

Ocena (3.5) Oceń: