Energetická nezávislost (nejen) pro venkov

Dobrou šanci být co nejméně závislí na velkých dodavatelích energie mají především obyvatelé venkova. Jak na to? Základem je mít dobře zateplený dům, nejlépe v nízkoenergetickém standardu. Ale nabízejí se i další možnosti: mikrokogenerace, střešní fotovoltaické panely a větrné či vodní mikroelektrárny.

Cílem na cestě za energetickou soběstačností by mělo být přesunutí výroby tepelné i elektrické energie co nejblíže k místům její spotřeby a využívat k tomu veškeré dostupné obnovitelné zdroje energie. Tak budeme moci lépe čelit hrátkám našich politiků, kteří jdou zpravidla více „na ruku“ velkým energetickým společnostem, jež neustále a často neoprávněně energie a paliva zdražují.

Vlastní výroba tepla

Vlastníci lesů (pokud nebydlí ve městech) jistě již využívají k vytápění a ohřevu vody palivové dřevo. Tak mohou snižovat své náklady na energie.

Pokud musíme palivové dříví nakupovat zjišťujeme, že je stále obtížnější je obstarat za příznivou cenu. Dříví také musíme nechat dostatečně proschnout, někde ho v suchu uskladnit, nařezat a naštípat na potřebné rozměry, aby se vešlo do kotle, krbových kamen či krbové vložky.

Pokud budeme chtít proces vytápění zautomatizovat, budeme nuceni nakupovat dřevěné pelety a pořídit si jako zdroj tepla peletový kotel, peletová kamna nebo krbovou vložku na pelety.

Teplo na ohřev užitkové vody i na vytápění ale dokáže za rozumnou cenu vyrobit i termické sluneční zařízení, které je složeno ze slunečních kolektorů, z akumulační nádrže s vodou, kam se vyrobené teplo ukládá prostřednictvím výměníku tepla, z potrubních rozvodů, armatur, expanzní nádoby a zařízení měření a regulace.

Teplo si přímo v místě spotřeby již vyrobit dokážeme celkem bez problémů a ekonomicky. Ale jak je to s výrobou elektřiny, bez níž se ani některé lokální zdroje tepla neobejdou? Technologie již existují, jejich výkon se zvyšuje a cena klesá.

Fotovoltaické systémy

Největší budoucnost v lokální energetice mají fotovoltaické elektrárny, protože se většinou dají umístit na střechy domů, neprodukují žádný hluk ani neznečišťují ovzduší škodlivými zplodinami.

Na instalaci fotovoltaické sluneční elektrárny o výkonu 1 kWp potřebujeme plochu asi 8–10 m² (podle typu pužitých fotovoltaických panelů). Za rok dokáže tato elektrárna vyrobit asi 1000 kWh elektrické energie. Označení kWp (p = peak) zde znamená jednotku špičkového výkonu fotovoltaické elektrárny: Je to výkon fotovoltaické elektrárny měřený při standardních testovacích podmínkách (STC = Standard Test Conditions), které jsou: energie dopadá na fotovoltaický panel kolmo a má hodnotu E = 1 kW/m², průzračnost atmosféry Am = 1,5, teplota článků T = 25 °C.

Nejrozšířenější a také konstrukčně nejjednodušší jsou fotovoltaická zařízení, složená z fotovoltaických panelů a měničů stejnosměrného proudu na proud střídavý. Takové zařízení se většinou využívá, pokud chceme proud dodávat a prodávat do veřejné rozvodné sítě se ziskem za dotované ceny.

Méně rozšířené, avšak nezávislé na veřejné elektrické síti, jsou tzv. ostrovní fotovoltaické systémy Skládají se z fotovoltaických panelů, regulátoru dobíjení a speciálních akumulátorových baterií, jež jsou konstruovány pro pomalé nabíjení i vybíjení.

K ostrovnímu systému je vhodné připojit spotřebiče napájené stejnosměrným proudem (napětí bývá zpravidla 12 nebo 24 V).  Pokud budeme chtít použít běžné síťové spotřebiče (230 V/~50 Hz) budeme muset do elektrických rozvodů osadit měnič proudu (střídač).

dobíjení. Dále je vhodné mít doma záložní motorovou elektrocentrálu pro období, kdy je menší doba slunečního svitu.

Další z možností je tzv. hybridní fotovoltaický systém, který většinu vyrobené elektrické energie dodává pro naši potřebu a přebytky dodávané do veřejné sítě tvoří jen malou část.

Hlavní části této elektrárny tvoří  fotovoltaické panely, akumulátory, solární regulátor a hybridní solární měnič.

Dá se předpokládat, že ceny fotovoltaických panelů budou nadále klesat a s rozvojem elektromobilů se postupně budou zlevňovat i bateriové zdroje a zvyšovat jejich kapacita.

Pro běžný rodinný dům je optimální instalovaný výkon fotovoltaické sluneční elektrárny asi 3 kWp (potřebná plocha je 24-30 m²).  Pořizovací cena včetně montáže se pohybuje okolo 300 tisíc korun. Pokud budeme chtít tzv. ostrovní fotovoltaický systém, jenž je zcela nezávislý na veřejné síti, budeme si muset připlatit minimálně dalších asi 120 tisíc korun na baterie a regulátor

Malé větrné elektrárny

Tato zařízení jsou zatím poměrně málo rozšířena, protože nejsou pro jejich provoz vždy optimální podmínky zajišťující dostatečnou sílu a intenzitu větru. Dále pro ně musíme najít v blízkosti domu vhodné místo, protože se nedají pokaždé instalovat na střechu, jako tzv. mikro větrná turbína balónovitého tvaru Energy Ball, která má výkon 100 W při rychlosti větru 10 m/s, maximální výkon 500 W při rychlosti 17 m/s, průměr rotoru složeného ze šesti zakřivených lopatek 1,1 m a váží 30 kg. Tento typ mikro větrné turbíny je údajně vhodný i pro městskou zástavbu, neboť k jejímu bezhlučnému provozu údajně postačuje rychlost větru 2 m/s. Jejímu rozšíření však brání vysoká cena (asi 125 tisíc korun).  

Také ceny klasicky koncipovaných malých větrných elektráren jsou zatím vysoké
(asi 120 tisíc korun pro větrnou elektrárnu o max. výkonu 800 W, asi 230 tisíc korun  pro zařízení o max. výkonu 1500 W a asi 490 tisíc korun  pro zařízení o max. výkonu 3000 W).

Výkon těchto malých větrných elektráren bývá u nejmenších (tzv. mikro větrné turbíny)
od 100 W do 240 W (průměr rotoru asi 1,5 m) a u větších 500 W až 1000 W (průměr rotoru asi 2,4 m). Vyráběnou elektřinu můžeme tak jako u fotovoltaických elektráren dodávat do veřejné sítě, nebo ji použít pro svoji potřebu, či nabíjet akumulátory.

Existují také větrné mikroturbíny s rotorem o průměru 94 cm, které se roztáčí již při rychlosti větru od 0,1m/s a při rychlosti 10 m/s dávají výkon 50 W. Mají nízkou hmotnost (jsou vyrobeny ze speciálního plastu), malé rozměry a jejich flexibilní konfigurace umožňuje, aby byly instalovány například na sloupy pouličního osvětlení,

I u malé větrné elektrárny se vyplatí, tak jako u výkonnějších zařízení, provést dlouhodobé měření intenzity větru v místě předpokládané instalace.

Vodní mikroelektrárny

Kdo bydlí v blízkosti potoka nebo říčky, může (po patřičném projednání s majitelem pozemku a správcem vodního toku) vyrábět elektřinu pomocí malé vodní elektrárny (mikroelektrárny). Pro použití v domácnosti je zajímavý český vynález domácí vodní mikroelektrárny (bezlopatkového hydromotoru), jenž umožní využití vodní energie velmi malých vodních toků (např. potoků). Hydromotor je vhodný pro průtoky vody 3 - 7 l/s a spád 3-7 m. Zařízení je schopné poskytovat výkon v rozmezí 250 W až 450 W elektrické energie. Množství vyrobené elektřiny se (při použití vhodného pomaluběžného generátoru) pohybuje (v závislosti na konkrétních hodnotách spádu a průtoku) v rozmezí asi 0,6 - 2 kWh za jeden den. Cena včetně generátoru je asi 30 tisíc korun.

V praxi jsou také vyzkoušeny vodní mikroturbíny, které se dají napojit na vodovodní řád pitné nebo průmyslové vody, kde dosahují při vstupním provozním tlaku 0,1 až 0,6 MPa. výkonů od 2 do 50 W. Mohou tak fungovat jako záložní zdroje menších výkonů
a vhodně doplnit existující typy akumulátorových a motor generátorových záložních zdrojů.

Nejmenší vodní mikroturbínu lze namontovat na výtok běžné sprchové baterie a protékající vodou při sprchování je mikroturbínou poháněn generátor, který vyrábí elektřinu na provoz malého rádia. Díky dobíjecím bateriím rádio krátce funguje i po zastavení vody.

Mikrokogenerační jednotky

Movitější si mohou pořídit současný vrchol techniky, jímž je mikrokogenerační jednotka na dřevěné pelety, která je schopna zároveň s teplem vyrábět i elektřinu pomocí Stirlingova motoru pohánějícího generátor.

Pro domácnost je určena například rakouská mikrokogenerační jednotka Sunmachine o tepelném výkonu 4,5 až 10,5 kW a elektrickém výkonu 1,5 až 3 kW. Její elektrická účinnost je 20 až 25 % a celková účinnost je asi 90 %. Teplota výstupní topné vody je 75 °C a vratná topná voda má max.teplotu 65 °C. Jednotka je pružně uložena na kovovém rámu a zakrytována tak, aby její hlučnost nepřesáhla z 1m 49 dB. Váží 410 kg, je 760 mm široká, 1160 mm dlouhá a 1590 mm vysoká. Prodejní cena je 29.990 EUR. V Rakousku je ale možno na instalaci mikrokogenerační jednotky získat dotaci až 8000 EUR.

Doufejme, že se brzy tato zařízení stanou součástí každé domácnosti a jejich cena bude nižší, než je tomu doposud. K tomu by měla napomoci potřebná daňová reforma, jež by měla takováto ekologická zařízení podporovat.

Lubomír Klobušník, energetický poradce ECČB

Celý článek je uveřejněn v čísle 1/12 časopisu Energie 21