Jak prowadzić swój dom korzystając wyłącznie z energii słonecznej

Jeśli pozostaniesz w sieci (tradycyjny system elektryczny), nadal możesz korzystać z tradycyjnej energii dostarczanej z sieci w sytuacjach, w których nie możesz wytworzyć wystarczającej mocy lub nie masz jej zmagazynowanej. Celem jest często całkowite wyeliminowanie zapotrzebowania na paliwa kopalne, ale ta opcja może wystarczyć, aby przekonać niektórych sceptyków, którzy wahają się przed dokonaniem skoku. Planowanie pełnego zasilania domu energią słoneczną wymaga znacznych inwestycji finansowych, mentalnych i emocjonalnych. Infrastruktura jest trochę bardziej skomplikowana, obliczenia muszą być dokładniejsze, a błąd może sprawić, że nie dostaniesz wystarczającej ilości energii.

Koncentrowanie promieni

Pierwszym praktycznym przykładem kontrolowania energii słonecznej mógł być przypadek, gdy ktoś zauważył, że szkło powiększające trzymane pod odpowiednim kątem może rozpalać ogień i palić mrówki. Stamtąd minęły praktycznie eony, zanim ludzie odkryli sposób na naprawdę konstruktywne wykorzystanie promieni słonecznych. Pierwsze ogniwo fotowoltaiczne z krzemu (tzw. „Panele słoneczne”) zostało wyprodukowane w Stanach Zjednoczonych w 1954 r. Nasze obecne panele słoneczne są bezpośrednim następcą tej technologii - przez lata zostały one właśnie ulepszone.

Na przestrzeni lat, od lat 50. XX wieku do chwili obecnej, powstały różne budynki mieszkalne i komercyjne z różnymi priorytetami słonecznymi. Jeden budynek biurowy zyskał uznanie za ogrzewanie wody za pomocą energii słonecznej. Kamienie milowe w budownictwie mieszkaniowym przeszły od nasłonecznionych przez hybrydowe systemy solarne / sieciowe do samodzielnych, w pełni słonecznych domów (jeden z pierwszych został ukończony w 1983 r.). W 2000 roku rodzina z Kolorado ukończyła instalację słoneczną, która prawie całkowicie zasilała ich dom dla ich ośmioosobowej rodziny.

Oprócz paneli słonecznych montowanych na dachu istnieją inne przydatne innowacje, takie jak zmodyfikowana wersja systemu ogrzewania promiennikowego. Dzięki starannemu poprowadzeniu instalacji wodociągowej w domu woda może być podgrzewana przez słońce, a gdy jest pompowana przez dom, ciepło to może być rozproszone, aby pomóc kontrolować temperaturę w domu. Ten rodzaj ciepła nie zwiększa zużycia energii w domu. W ogólnokrajowym konkursie na projekt domów wykorzystujących energię słoneczną w 2007 r. Grupa studentów z Uniwersytetu Santa Clara w Kalifornii dowiedziała się nawet, jak wykorzystać system ogrzewania promiennikowego do chłodzenia i ogrzewania domu. Choć pomysł ten jest atrakcyjny, może być szczególnie trudny do wykonania; para z Tennessee, która zaprojektowała dom z podobnym systemem, miała problem ze znalezieniem wykonawcy, który sprostałby temu wyzwaniu. Dom Tennessee, choć nie jest częścią konkursu, wywołuje to samo odczucie. Wyróżnia się wykorzystaniem SketchUp, programu do projektowania i architektury od Google. Inne cechy domu to energooszczędne oświetlenie LED i izolacja pochodząca z kukurydzy.

Niektóre projekty dają większą odpowiedzialność i elastyczność mieszkańcom domu. W konkursie z 2007 roku zespół z Virginia Tech dodał do domu monitory pogodowe, które między innymi pomogłyby mieszkańcom zdecydować, kiedy należy otwierać i zamykać izolowane okiennice, aby jak najbardziej efektywnie utrzymać pożądaną temperaturę w pomieszczeniu. W 2010 roku podobny konkurs odbył się w Europie. Grupa studentów w Anglii skupiła się na zaprojektowaniu domu z prefabrykatów, który można zamówić i zmontować w dowolnym miejscu - i upewnili się, że jest on zgodny z najbardziej restrykcyjnymi przepisami budowlanymi w kraju. Mieli nadzieję pokazać, że prefabrykowane domy solarne są dostępną i pożądaną alternatywą dla niestandardowej konstrukcji lub nieefektywnej przebudowy istniejącego domu. Jako bonus, prostota prefabrykacji na linii montażowej może zniweczyć obawy dotyczące marnowania energii przy nowych niestandardowych projektach budowlanych.

Koszt oczywiście może spowodować lub zniweczyć każdą inicjatywę. Cena technologii słonecznej utrzymywała się na stałym poziomie od dekady do dekady, ale wprowadzono kilka znaczących ulepszeń. Ceny ogniw słonecznych spadły o około 80 procent w latach 70. XX wieku, co drastycznie poprawiło ich potencjał. W lutym 2009 r. Firma First Solar, producent paneli słonecznych, ogłosiła, że ​​koszt produkcji jego towarów spadł do dolara za wat - niecierpliwie oczekiwany kamień milowy. Eksperci twierdzą, że „parytet sieci” jest niezbędnym kamieniem milowym, aby energia słoneczna naprawdę działała. Parytet sieciowy uzyskuje się, gdy energia słoneczna kosztuje tyle samo co energia konwencjonalna - bez pomocy dotacji, dopłat i rabatów, które umożliwiają wielu klientom. W tym momencie podaż prawdopodobnie nie będzie w stanie nadążyć za popytem, ​​ponieważ niektóre surowce do paneli słonecznych są trudne do zdobycia w dużych ilościach.

Jak witamina D dla Twojego domu

Aby wyobrazić sobie, jak energia słoneczna może zapewnić wystarczającą ilość energii dla całego domu, konieczne jest omówienie kilku podstaw. Prawdopodobnie wszyscy już widzieliśmy tradycyjne panele słoneczne - płaskie, oślepiające, nieporęczne elementy wystające z dachów. Z pewnością nie są w żaden sposób usprawnione, przez co wydają się nieporęczne. Jak omówiliśmy, ich ciągłe udoskonalanie zyskało krytyczny szacunek w branży, ale nadal działają w ten sam sposób.

Panele słoneczne wystające z przepaści pod różnymi kątami wychwytują dostępne światło słoneczne i przekształcają je w prąd stały. Falownik przekształca prąd stały na prąd przemienny (którego używamy do zasilania urządzeń elektronicznych). A dla osób, które chcą całkowicie zasilić cały dom promieniami słonecznymi, dostępne są systemy konwersji i magazynowania dodatkowej mocy w postaci energii z baterii. W ten sposób dom nadal może mieć źródło energii w nocy lub przy złej pogodzie (ale - i to będzie ważne później - nie może pokryć niedoborów źle zaprojektowanego lub nieodpowiedniego systemu).

Gonty słoneczne są ostatnio dostępną opcją, subtelną, opływową alternatywą dla tych charakterystycznych, jaskrawych klap. Są to panele słoneczne, wykonane z tych samych materiałów, co tradycyjne panele słoneczne, które również są gontami i wyglądają prawie jak zwykły dach... być może tylko trochę bardziej błyszczące. Gonty słoneczne, wbrew powszechnemu przekonaniu, mogą działać nawet przy słabym lub rozproszonym nasłonecznieniu (co oznacza, ale nie potwierdza, że ​​w takich okolicznościach gonty mają lepsze właściwości niż panele).

Dlaczego więc przejście na energię słoneczną wymaga trochę perswazji? Generalnie domy w mogą być ogrzewane albo z gazu, elektryczności albo przez tradycyjne piece z paleniskami. Dla celów argumentacji i dla celów tego artykułu załóżmy, że ktoś, kto ma ochotę na ciągłą energię słoneczną, chce całkowicie wyłączyć sieć - a to oznacza, że ​​nie ma gazu ani elektryczności. Tak więc energia słoneczna musi być przystosowana do ogrzewania, klimatyzacji (która, jak dotąd, jest jednym z największych odpływów energii w domu), innych części infrastruktury domu, takich jak oświetlenie i wentylatory, wszystkie główne urządzenia (lodówka, kuchenka pralka i suszarka) oraz inne urządzenia elektroniczne, takie jak mikrofalówka, wieża stereo, telewizor i komputer. Ta lista oczywiście nie jest wyczerpująca (ilu członków Twojej rodziny musi stale ładować swoje smartfony lub tablety?) I istnieje wiele zmiennych. Jeśli Twój dom jest ogromny lub jesteś "świrem" energetycznym, który zostawia włączoną elektronikę przez cały dzień, będziesz potrzebować bardziej intensywnej konfiguracji słonecznej. Byłoby miło założyć, że każdy, kto poważnie myśli o dokonaniu tej konwersji, jest już dość świadomy zużycia i podejmuje wysiłek, aby zmniejszyć zużycie energii, na przykład używając izolowanych rolet okiennych zamiast obracania klimatyzacji lub rezygnując ze zmywarki, która się nagrzewa i grzęźnie, godzinami. W tej chwili jest to prawdopodobnie rozsądne uogólnienie, ale gdy energia słoneczna staje się bardziej powszechna, świadomi ekologicznie pierwsi użytkownicy mogą nie stanowić większości. Chodzi o to, że musisz obliczyć całą energię elektryczną zużywaną przez Twój dom i przez ilość czasu w ciągu dnia, a następnie wykonać montaż paneli słonecznych , w zestawieniu które może zaspokoić to zapotrzebowanie. Jeśli wydaje się, że to za dużo, spróbuj na chwilę ograniczyć spożycie i zobacz, czy liczby staną się bardziej realistyczne.

Chociaż jest to z pewnością skomplikowane i zdecydowanie nie tanie, ludzie posiadający zasoby do zaprojektowania i zbudowania domu zasilanego energią słoneczną od podstaw mają pewne zalety, jeśli chodzi o elastyczność. Przy planowaniu mieszkaniowego układu słonecznego dla konkretnego istniejącego domu wchodzi w grę wiele subtelności. Faktyczny projekt domu jest jednym z takich czynników. Jak duża jest powierzchnia dachu (co wpływa na jego potencjalną powierzchnię słoneczną)? W jakim kierunku jest zwrócony dach i jaki jest stopień jego nachylenia? Czy są jakieś przeszkody powodujące półcień? Widać, że większości tych przeszkód nie da się zmienić, ale nadal możesz z nimi pracować. Lokalizacja też ma znaczenie. Dom w Skandynawii, z notorycznie krótkimi dniami, nie będzie wyglądał tak dobrze, jak dom w pobliżu równika. Liczy się również średnia liczba dni słonecznych; jeśli pada do zmroku, nie ma większego znaczenia, jeśli ten zmrok zapadnie późno.

Kiedy próbujesz dowiedzieć się, ile energii możesz wyprodukować i ile będziesz potrzebować, warto przyjrzeć się danym meteorologicznym dla swojego obszaru. Pokaże Ci, ile światła słonecznego można się spodziewać w danym miesiącu, na podstawie średnich z przeszłości. Powinieneś mieć w pobliżu kopie rachunków za media, które pozwolą ci wiedzieć, ile energii zużywasz, i możesz użyć tych informacji, aby dowiedzieć się, czy system, który chcesz, wyprodukuje wystarczającą ilość energii elektrycznej. Ogólne wytyczne zalecają konfigurację, która generuje 1 kilowat na 1000 stóp kwadratowych domu. Nie pozwól, aby Twój optymizm przejął kontrolę - musisz upewnić się, że jesteś w stanie wyprodukować wystarczającą moc, aby przejść przez najgorsze, a nie najlepsze czasy. Będziesz chciał dosłownie przygotować się na przysłowiowy deszczowy dzień.

Płacenie za to, co jest bezpłatne

Promienie słoneczne są dostępne dla każdego, ale potrzeba dużo drogiego sprzętu, aby je przekształcić w energię. Panele słoneczne są najtańszą formą energii odnawialnej, ale nadal kosztują trzy do czterech razy więcej niż energia tradycyjna. Jeśli poważnie myślisz o zmianie, nie pozwól, aby Cię to zniechęciło - mogą istnieć sposoby, aby to się stało.

„Parytet sieci” to termin używany do opisania jednego z ostatecznych celów w zakresie zrównoważenia energii słonecznej - kiedy alternatywne źródła energii odnawialnej (które teoretycznie obejmują inne źródła oprócz energii słonecznej) będą kosztować tyle samo, co tradycyjna energia. Szacuje się, że jednym z kamieni milowych w kierunku osiągnięcia parytetu sieci jest spadek kosztów produkcji infrastruktury solarnej do około 65 centów na wat. Następnie można go sprzedać z zyskiem dla firm, ale właścicielom domów będzie łatwiej dokonać tego skoku.

Przed bankructwem mieszkaniowym banki były znane z tego, że pożyczały trochę więcej klientom, którzy planowali zainwestować w wydajne usprawnienia energetyczne i zielone technologie, ale teraz trochę trudniej jest przekonać taki przypadek. „Zielony kredyt hipoteczny” nadal może być opcją dla nabywców domów, którzy mają dobry kredyt, a wiarygodne liczby, które wykazują dobre badania i zaangażowanie, powinny pomóc. Solidny argument wskaże bankowi, ile zaoszczędzi inwestycja i jaki będzie czas potrzebny do zwrotu kosztów.

Zachęty i rabaty związane z energią różnią się tak bardzo i zmieniają się tak często, że każdy, kto rozważa przebudowę domu na energię słoneczną, powinien dokładnie przyjrzeć się korzyściom dla danego stanu. Właściwa kombinacja dotacji, ulg podatkowych i rabatów na wat może sprawić, że początkowa inwestycja będzie bardziej przystępna, niż sądzi wielu właścicieli domów. Poza korzyściami krótkoterminowymi, eksperci szacują, że na każdy tysiąc złotych oszczędności energii w skali roku wartość domu wzrośnie o 20 000 złotych [źródło: Solar Energy World].

Jeśli i kiedy sprzedasz swój dom zasilany energią słoneczną, inwestycja powinna się opłacić. Koszty energii różnią się również w zależności od lokalizacji, więc mieszkanie w mniej niż słonecznym stanie może nadal przynosić znaczne korzyści (gdzie energia elektryczna kosztuje tak dużo, że oszczędności są warte inwestycji, nawet jeśli dom nie generuje tyle energii, ile by gdzieś indziej).

Ponieważ koszty mediów rosną, a twoi sąsiedzi płacą więcej za energię, możesz mieć prawo do zwrotu pieniędzy od przedsiębiorstwa użyteczności publicznej. Jeśli twoje panele słoneczne wytwarzają więcej energii niż zużywa twój dom, możesz sprzedać dodatkową moc z powrotem do sieci. Firmy, które instalują energię słoneczną w mieszkaniach, chwalą tę korzyść jako łatwy sposób na odzyskanie inwestycji, ale oczywiście wyniki mogą się znacznie różnić (a przepisy dotyczące tego różnią się również w zależności od miejsca zamieszkania). To dobra motywacja, aby zmniejszyć zużycie energii w rodzinie.

Niektóre lokalizacje podjęły wysiłek, aby udostępnić masom energię słoneczną. W USA w Berkely w Kalifornii i Boulder w stanie Kolorado mają miejskie programy solarne, w ramach których miasto dokonuje inwestycji w infrastrukturę i zwraca koszty w postaci podatków. Inne lokalizacje oferują specjalne pożyczki, które są spłacane z dodatkowych podatków od nieruchomości. Co najmniej jedna firma opracowała program leasingu (coś w rodzaju dzierżawy dekodera lub anteny satelitarnej od firmy kablowej), koncentrując się na państwach, które mają szczególnie wysokie koszty energii, aby przyciągnąć jak największą liczbę konsumentów.

Energia słoneczna ma swoją ciemną stronę - w niektórych miejscach jest to naprawdę niewykonalne. Niemcy dostarczyły ponad 130 miliardów dolarów dotacji na energię słoneczną, tylko po to, by w 2012 roku zdecydować, że korzyści te zostaną wycofane. Twierdzą, że infrastruktura jest zbyt droga i nieefektywna do wykorzystania na dużą skalę, nawet jeśli promienie słoneczne są za darmo. Krajobraz i orientacja kraju mogą być po prostu nieodpowiednie do zapewnienia trwałości inwestycji; Eksperci uważają, że pozornie imponująca inicjatywa dotycząca energii słonecznej w Niemczech nie wpłynie na ograniczenie globalnego ocieplenia.

Notka od Autora

Dużo czytałem na potrzeby napisania tego artykułu (więcej niż zwykle), ponieważ rozproszyła mnie przepaść między praktycznymi domami słonecznymi a pokazowymi domami słonecznymi. W obu przypadkach większość innowacji technologicznych związanych ze słońcem była mniej więcej tym, czego się spodziewałem. Ekstremalne domy - rezydencje za ponad milion złotych i tym podobne - są fascynujące i piękne i oczywiście chciałbym w nich mieszkać, gdybym mógł. Problem w tym, że takie badania projektowe (i tak naprawdę są) nie służą za wiele rzeczywistych celów. Są aspiracyjni, ale przeciętnego człowieka na to nie stać. A jeśli przeciętnej osoby nie stać na rezydencję, która została zaprojektowana tak, aby pochwalić się możliwościami zasilanymi energią słoneczną, ostatecznym przesłaniem jest to, że przeciętnej osoby prawdopodobnie nie stać na dom zasilany energią słoneczną.

To niefortunne, bo przecież mieszkańcy domu zasilanego energią słoneczną nie powinni w ogóle interesować się bardziej efektywnym życiem? Przez co mam na myśli, że być może nie każdy mieszkaniec potrzebuje własnych kilkuset metrów kwadratowych. Nawet jeśli ogromny dach pokrywający ogromny dom generuje wystarczającą ilość energii słonecznej, aby wypłynąć z sieci, inne zasoby są wykorzystywane nieefektywnie.

Nie żeby zbyt surowo oceniać właścicieli słonecznych rezydencji - w końcu takie projekty z pewnością generują pozytywny rozgłos dla technologii. Ale moje zainteresowania znalazły się na drugim końcu rynku, w stronę właścicieli domów lub kupujących domy, którzy chcą energii słonecznej, ale są zmuszeni do rozważenia inwestycji, starannie rozważając korzyści i wady.

Byłem zaskoczony, gdy odkryłem, że poza początkową inwestycją w porównaniu z tradycyjną mocą, tak naprawdę nie ma żadnych wad. Układ słoneczny można zaprojektować dla prawie każdego domu i może działać tak płynnie, że właściciele ledwo zauważą, że jest coś innego. Wtedy energia słoneczna naprawdę odniesie sukces - kiedy będzie raczej normą niż wyjątkiem. Trudno powiedzieć, ile czasu zajmie, zanim dojdziemy do tego punktu.