Przydomowa elektrownia wiatrowa w pigułce

Jeśli by się nad tym zastanowić, cała energia na Ziemii pochodzi ze Słońca. Dotyczy to nie tylko energii słonecznej. To dzięki słońcu rosły rośliny i żyły zwierzęta, które czas i procesy geologiczne przekształcił w surowce kopalne. To dzięki nagrzewaniu powierzchni mórz i oceanów ma miejsce obieg wody w przyrodzie, która spływając z gór i wyżyn napędza elektrownie wodne. Pierwiastki promieniotwórcze występujące w skorupie naszej planety powstały dzięki procesom zachodzącym we wnętrzu gwiazd. Wiatr powstaje natomiast w wyniku różnicy ciśnień pomiędzy różnymi miejscami na ziemi. Różnice te powstają w wyniku nierównomiernego nagrzewania się powierzchni ziemi.

Czym są odnawialne źródła energii?

Odnawialne źródła energii (OZE) to takie, których wykorzystanie nie powoduje długotrwałego ich deficytu. Węgiel, ropa naftowa czy gaz ziemny powstawały w procesach geologicznych przez miliony lat. Dlatego nazywamy je nieodnawialnymi źródłami energii. Do źródeł odnawialnych zaliczamy m.in. słońce, wodę, biomasę oraz oczywiście wiatr. 

Jak uzyskiwana jest energia w elektrowniach wiatrowych?

Elektrownia wiatrowa działa dzięki zamontowanej w niej turbinie oraz generatorowi elektrycznemu. Zasada działania elektrowni wiatrowej nie odbiega znacząco od działania innych rodzajów elektrowni w których generator elektryczny przetwarza energię mechaniczną na energię elektryczną. W elektrowni wodnej źródłem energii mechanicznej jest woda spadająca pod wpływem siły grawitacji. W elektrowni węglowej czynnikiem takim jest para wodna wytworzona pod wpływem ciepła wyzwalanego przez spalanie węgla. W elektrowni wiatrowej wiatr o odpowiedniej sile, padając pod odpowiednim kątem na łopaty turbiny, wprawia ją w ruch. Ruch obrotowy wirnika przekazywany jest do generatora. W ten sposób następuje przekształcenie energii kinetycznej wiatru w energię mechaniczną, a tej – w energię elektryczną.
 

Gdzie sprawdzi się przydomowa elektrownia wiatrowa?

Truizmem będzie stwierdzenie, że elektrownia wiatrowa sprawdzi się tam, gdzie wieje wiatr. Drugim czynnikiem przesądzającym o sensie budowy elektrowni wiatrowej jest możliwość zagospodarowania wytworzonej przez nią energii. Innymi słowy, stawiamy elektrownię wiatrową tam gdzie występuje zapotrzebowanie na energię lub jesteśmy w stanie ją sprzedać. Jest to jednak chyba dosyć oczywiste, skupmy się zatem na samym występowaniu wiatru.

Wiatr nie wszędzie wieje tak samo. Jednym z czynników na niego wpływających są miejscowe ograniczenia, w postaci przeszkód naturalnych lub sztucznych. Elektrownie wiatrowe stawia się więc w miejscach niezasłoniętych przez budynki, duże skupiska drzew lub rzeźbę terenu. Pewnego rodzaju uproszczeniem, jednak w dużej mierze prawdziwym, jest stwierdzenie, że im wyżej tym wieje mocniej. Z tego też względu turbiny wiatrowe wynosi się jak najwyżej nad poziom gruntu aby optymalnie wykorzystać wiejący wiatr i uniezależnić je od różnych czynników występujących przy gruncie. Osobną sprawą są oczywiście kwestie bezpieczeństwa.

Na siłę i regularność występujących wiatrów ma wpływ także lokalizacja geograficzna w skali makro. Wydawać by się mogło, że silnego wiatru częściej można spodziewać się w górach i nad morzem niż na obszarach nizinnych. Nie jest to do końca prawda gdyż na klimat wpływają czynniki o skali globalnej.

Aby przeanalizować na przykładzie obszaru Polski gdzie występują najkorzystniejsze warunki dla energetyki wiatrowej można zapoznać się przebiegiem stref energetycznych wiatru. Obszary o różnych, mniej lub bardziej korzystnych warunkach przedstawiane są na mapach, na podstawie danych zbieranych m.in. przez Instytut Meteorologi i Gospodarki Wodnej. Z map takich można się dowiedzieć przykładowo, że:

• wybitnie korzystne warunki występują na wybrzeżu Morza Bałtyckiego i w Polsce północno-wschodniej w okolicy Suwałk;
• Warszawa leży w strefie o warunkach bardzo korzystnych przebiegającej pasem przez centralną Polskę aż do granicy z Niemcami;
• najwięcej na terenie naszego kraju jest obszarów o warunkach korzystnych (przeciętnych);
• warunki mało korzystne występują m.in. na znacznej części Śląska i Małopolski;
• stosunkowo niewiele jest obszarów o warunkach niekorzystnych – m.in. w okolicy Nowego Sącza.

 

Jakie są korzyści z przydomowej elektrowni wiatrowej?

Korzyści z zainstalowania przydomowej elektrowni wiatrowej jest kilka:

• jej posiadanie pozwoli uzyskiwać energię z własnego źródła i obniżyć rachunki za energię elektryczną;
• w sprzyjających warunkach przydomowa elektrownia elektryczna może być źródłem dodatkowych dochodów dzięki sprzedaży nadwyżek energii;
• taka elektrownia stanowić może rezerwowe źródło zasilania w przypadku problemów z dostawą energii elektrycznej od dostawcy;
• montaż przydomowej elektrowni elektrycznej pozwoli uzyskać źródło zasilania w miejscach gdzie normalnie nie byłoby możliwości przyłączenia sieci energetycznej;
• energia wiatrowa jest czysta i dla osób dbających o środowisko istotne jest też to, że wykorzystanie turbiny wiatrowej pomoże obniżyć ślad węglowy.

Ze względu na bezpieczeństwo, które daje posiadanie własnego źródła energii elektrycznej, instalacja własnej elektrowni jest popularna wśród osób, które chcą być przygotowane na ewentualne kataklizmy lub nieszczęścia które mogłyby spotkać ludzkość, takie jak wojny i związane z tym problemy z publiczną siecią energetyczną. Biorąc pod uwagę sytuację na świecie w ostatnich latach podejście takie przestaje być przedmiotem żartów.

Popularyzacja przydomowych elektrowni, czy to wiatrowych czy słonecznych jest korzystna również w skali całego kraju. Elektrownie takie są elementem energetyki rozproszonej, która zwiększa bezpieczeństwo energetyczne kraju w przypadku globalnych wstrząsów. Aby jednak taki model się sprawdził konieczne jest utrzymywanie w dobrym stanie systemu sieci przesyłowych.
 

Co jeśli wiatr nie wieje?

Niestety wiatr nie wieje zawsze, o czym doskonale wiedzą żeglarze i operatorzy elektrowni wiatrowych. Sposoby na zapewnienie zasilania w przypadku braku wiatru istnieją. Jednym z nich jest dywersyfikacja źródeł zasilania. Może ją uzyskać po prostu poprzez korzystanie z elektryczności z publicznej sieci elektroenergetycznej. Alternatywą jest posiadanie dodatkowych niezależnych źródeł zasilania – np. w postaci generatora spalinowego lub drugiego źródła energii odnawialnej, np. paneli słonecznych. Oczywiście panele fotowoltaiczne niewiele pomogą w nocy kiedy słońce nie świeci.

Innym rozwiązaniem jest magazynowanie energii. Można to zrobić poprzez integrację z domową instalacją elektryczną pojemnych akumulatorów, które zmagazynują wytworzone nadwyżki energii w ilości wystarczającej aby zasilić domowe urządzenia przez ten krótki czas kiedy zabraknie wiatru, słońca lub innych źródeł zasilania. Możliwe teoretycznie jest nawet stworzenie instalacji off-grid w sytuacji całkowitego braku dostępu do sieci elektrycznej. Możliwość taka jest jednak zależna od zapotrzebowania gospodarstwa domowego na energię i nie zawsze się sprawdzi.

Ciekawostka – jednym ze sposobów magazynowania energii na znacznie większą niż przydomowa skalę są elektrownie szczytowo-pompowe. Ich działanie polega na zamianie energii elektrycznej na potencjalną energię grawitacyjną. W czasie nadwyżek produkcji energii elektrycznej jest ona wykorzystywana do pompowania wody z dolnego zbiornika elektrowni do zbiornika górnego. W przypadku spadku produkcji energii z innych źródeł następuje zrzut wody ze zbiornika górnego do dolnego. Spływająca dzięki sile grawitacji w dół woda napędza generatory elektryczne. Elektrownie szczytowo-pompowe są więc w rzeczywistości olbrzymimi akumulatorami. Najbardziej znany zakład tego typu w Polsce, chociaż nie największy – Elektrownia Porąbka-Żar, jest w stanie zmagazynować 2 GWh energii. 
 

Rodzaje przydomowych turbin wiatrowych

Przydomowe turbiny wiatrowe możemy podzielić ze względu na konstrukcję na:

• poziome turbiny wiatrowe – Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT);
• pionowe turbiny wiatrowe – Vertical Axis Wind Turbines (VAWT).

Kryterium podziału jest oś obrotu wirnika. 

W Polsce najpopularniejsze są turbiny o poziomej osi wirnika, wyglądające jak klasyczny wiatrak, zazwyczaj o trzech łopatach. W przeciwieństwie do nich, turbiny pionowe mają nieco bardziej futurystyczny kształt. Turbiny pionowe pracują niezależnie od kierunku wiatru wobec czego nie wymagają mechanizmu ustawiania na wiatr. Są też cichsze. Niestety charakteryzują się niższą sprawnością w porównaniu do poziomych turbin wiatrowych.

Wybierając przydomową turbinę wiatrową warto więc wziąć pod uwagę to gdzie będzie zamontowana. Ponieważ popularne poziome turbiny wiatrowe generują hałas i drgania, lepiej zamontować je na gruncie niż na dachu. Na dachach lepiej sprawdzą się turbiny pionowe o ile jesteśmy w stanie zaakceptować niższą sprawność.

 

Moc przydomowej elektrowni wiatrowej

O tym ile prądu produkuje przydomowa elektrownia wiatrowa decydują warunki atmosferyczne oraz oczywiście moc turbiny. Na pierwszy z tych czynników wpływu nie mamy, ale na drugi już tak. Wybór mocy elektrowni powinien zależeć od tego co chcemy za jej pomocą zasilić:

• 500 W to moc na tyle niewielka, że taka elektrownia wystarczy do zasilania co najwyżej jednego większego sprzętu, przykładowo bramy garażowej;
• 1000 W to moc która wspomoże oświetlenie domu lub podgrzewanie ciepłej wody;
• 2 kW to moc, która może być wystarczająca do kompleksowego obsłużenia domku letniskowego, ale dla domu całorocznego wciąż będzie niewielka;
• 3 kW to pewne minimum dla całorocznego domu jednorodzinnego aby zapewnić zasilanie oświetlenia i standardowych urządzeń;
• 5 kW powinno już kompleksowo zaspokoić potrzeby gospodarstwa domowego a nawet wspomóc instalację centralnego ogrzewania.

Należy pamietać o tym, że im większa moc elektrowni tym większy będzie koszt inwestycji. Przykładowo orientacyjny koszt elektrowni o mocy 3kW to 20 tysięcy, a elektrowni o mocy 5 kW – 40 tysięcy złotych.
 

Elementy domowej instalacji elektrowni wiatrowej

Turbina wiatrowa to nie jedyny element wchodzący w skład instalacji domowej elektrowni. Dodatkowymi elementami są licznik, akumulator oraz oczywiście odpowiednie okablowanie. W zależności od tego, gdzie będziemy montowali turbinę – na gruncie czy na dachu, pojawić mogą się różne dodatkowe elementy montażowe.

Możemy zdecydować się również na hybrydowe rozwiązanie łącząc przydomową instalację wiatrową z fotowoltaiczną. Wówczas ilość elementów składowych zwiększy się o wyposażenie niezbędne do obsługi paneli słonecznych, w szczególności o inwerter. Elementy wchodzące w skład domowych elektrowni są zależne od konkretnego rozwiązania. Na rynku dostępny jest coraz bardziej bogaty wybór gotowych zestawów.
 

Formalności związane z instalacją przydomowej elektrowni wiatrowej

Jeśli moc przydomowej elektrowni wiatrowej nie przekroczy 40 kW to do jej instalacji na dachu nie powinno być wymagane pozwolenie jeśli nie będziemy ingerować w konstrukcję dachu i wysokość urządzenia nie będzie większa niż 3 m. Będzie jednak wymagane zgłoszenie. W przypadku budowy wolnostojącego masztu z osobnym fundamentem obowiązek uzyskania pozwolenia może się pojawić w zależności od gabarytów. Dlatego zalecamy w każdym indywidualnym przypadku kontakt z lokalnym organem administracji architektoniczno-budowlanej w celu upewnienia się co do wymogów formalnych. Możliwość budowy może być również ograniczona przez postanowienia lokalnego planu zagospodarowania przestrzennego.

Produkując energię z przydomowej elektrowni wiatrowej na użytek własny nie trzeba spełnić szczególnych wymogów prawnych. Dodatkowe wymagania pojawią się dopiero kiedy będziemy chcieli sprzedawać nadwyżki wyprodukowanej energii do zakładu energetycznego. W takim celu należy w pierwsze kolejności zwrócić się do odpowiedniego zakładu aby zorientować się jak będą wyglądały procedury w przypadku naszej instalacji i ewentualnie o warunki przyłączenia. 
 

Ekologiczne produkty w ofercie sklepu Neopak

Korzystanie z energii odnawialnej to nie jedyny sposób w jaki możemy dbać o środowisko. Każdy z nas może zacząć robić to już dzisiaj –  przykładowo poprzez wybór ekologicznych produktów do pakowania. Polecamy również artykuły na naszym blogu poświęcone kwestiom związanym ze środowiskiem, przykładowo filozofii zero waste.