Mikroturbiny wiatrowe vs. fotowoltaika – co jest lepszym wyborem? Porównujemy!

• Czy montaż mikroturbiny wiatrowej wymaga bardziej kompleksowego podejścia niż montaż fotowoltaiki? 
• Co ma wspólnego badanie prędkości wiatru z audytem energetycznym?
• Czego nie wiemy o turbinach wiatrowych, a zdecydowanie powinniśmy, jeżeli myślimy o własnej instalacji? Wyjaśniamy, jak działa wykres mocy.

Właściwie to sektor mikroinstalacji OZE w Polsce możemy utożsamiać z fotowoltaiką. Już teraz jest ich blisko 1,4 miliona, a łączna moc powinna niebawem przekroczyć 11 GW! Te liczby działają na wyobraźnię, ale idea gospodarki zrównoważonej polega na tym, że budynki powinny mieć także inne opcje, a wśród nich naturalnym uzupełnieniem systemu mogą być mikroinstalacje wiatrowe. W Polsce aktualnie przydomowych turbin wiatrowych jest kilkadziesiąt, ale rząd widzi szansę w tym, że dzięki dotacji ta liczba może drastycznie wzrosnąć. 

Moja elektrownia wiatrowa

Przytoczmy więc najważniejsze elementy projektu programu “Moja elektrownia wiatrowa”. Po pierwsze turbiny wiatrowe objęte wsparciem nie mogą być wyższe niż 30 m. Biorąc pod uwagę, że domy jednorodzinne mają wysokość 5-9 m, to dozwolone w programie mikroturbiny wybijałyby się znacznie ponad kalenice okolicznych budynków. Moc mikroinstalacji wiatrowej nie może przekraczać 20 kW, a łączna moc mikroinstalacji wraz z magazynem energii, która jest przyłączona do sieci dystrybucyjnej, nie będzie mogła być większa niż 50 kW. Techniczne kwestie programu poruszyliśmy w artykule: Moja elektrownia wiatrowa – dotacje na domowe turbiny wiatrowe już w 2024 r. 

Załóżmy, że pomimo bardzo krótkich konsultacji, program został przyjęty jako alternatywa dla niechętnych wobec fotowoltaiki. Czy jednak może być tak, że istotnie w budynku nie opłaca się zamontować mikroinstalacji PV, a opłaca się turbinę wiatrową? Odpowiedź jest oczywiście ambiwalentna - to zależy od bardzo wielu czynników.

Miejsce montażu mikroinstalacji OZE?

Możemy zacząć od miejsca montażu. Zarówno fotowoltaikę, jak i turbiny wiatrowe można umieścić na dachu lub na gruncie. W tym pierwszym przypadku w sektorze budynków mieszkalnych częściej decydujemy się na dach. Montaż mikroturbiny na dachu zdecydowanie nie pozwala na osiągnięcie dużych mocy, a na pewno nie ma możliwości zainwestować w turbinę o znacznej wysokości. Im wyższa turbina, tym większa szansa na to, że przepływ powietrza będzie laminarny, czyli spokojniejszy. Wiatr natrafiając na przeszkody w postaci drzew i budynków spowalnia, co dla turbiny jest zjawiskiem niepożądanym. Co więcej, sam wiatrak lepiej działa, gdy nacisk na łopaty wirnika jest jednostajny, jednokierunkowy i prostopadły. W turbulentnym przepływie powietrza lepiej radzą sobie turbiny o pionowej osi obrotu, o czym warto pamiętać. 

Postawienie wieży turbiny wiatrowej o wysokości 30 m ma zdecydowany wpływ na krajobraz, a z drugiej strony montaż niższych elektrowni często może wiązać się z niską generacją energii elektrycznej. Wiatr przy powierzchni jest zdecydowanie słabszy niż ten na znacznych wysokościach. Nawet jeżeli żyjemy na terenie, gdzie z reguły wieje, co pokazują niektóre opracowania naukowe, to musimy pamiętać, że są to badania z ograniczonej liczby punktów pomiarowych. Za pomocą metod statystycznych wytycza się mapy, które nie uwzględniają lokalnych osobliwości, jak niewielkie obniżenia terenu, las czy budynki z miejsc odległych od punktów pomiarowych. Dlatego tak ważne jest, aby przez przynajmniej rok prowadzić pomiary w stacji meteorologicznej, która prowadziłaby zdalny zapis prędkości wiatru - dzięki temu będziemy mieć pewność, że nasz pomysł na instalację wiatrową jest trafiony. Inwestycja na ślepo może nie przynieść zamierzonych efektów, a ucierpi na tym zarówno nasz budżet, jak i wizerunek odnawialnych źródeł energii. 

Pomiary prędkości wiatru jak audyt energetyczny?

Koszt stacji w zależności od zaawansowania i miejsca montażu to wydatek rzędu 500-1500 złotych. Proces pomiarów prędkości wiatru można porównać do audytu energetycznego w przypadku termomodernizacji. To dzięki temu dokumentowi mamy pewność, które obszary wymagają renowacji - daje więc nam informację o stanie budynku. Roczne pomiary dają nam z kolei obraz warunków wiatrowych w potencjalnej lokalizacji elektrowni. Cóż, nawet cena audytu jest zbliżona do ceny stacji meteo. Od ponad roku audyt energetyczny ma swoje miejsce w programie Czyste Powietrze, a w przypadku kompleksowej termomodernizacji jest wręcz wymagany. Może warto dopisać obowiązek przeprowadzenia rocznych badań i dodanie dotacji na stację pomiarową do planowanego programu “Moja elektrownia wiatrowa”?

Dlaczego turbina wiatrowa potrzebuje pomiarów, a fotowoltaika nie?

Dlaczego jednak takich badań nie prowadzi się dla fotowoltaiki? Powód jest prozaiczny, ale przy tej okazji należy o tym napisać. Nasłonecznienie w Polsce najniższe jest na północy, a największe w regionie podkarpackim i lubelskim. Pomimo różnic możemy mówić o względnie równych warunkach nasłonecznienia. W przypadku turbin wiatrowych może być sytuacja, że w miejscach oddalonych od siebie o niewielkie odległości prędkości wiatru mogą pozwalać, utrudniać lub całkowicie uniemożliwiać rozwój energetyki wiatrowej. Warto to zaakcentować, odbijając argument niechętnych wobec stacji meteorologicznej i czekania rok na upragnioną turbinę. Taki zakup jest niezwykle nierozważny.

No dobrze, ale czy przypadkiem na fotowoltaikę również nie oddziałują okoliczne drzewa i budynki? Owszem, ale tylko wtedy, gdy powodują cień. Łatwiej to ocenić, a pomiarów nie trzeba prowadzić przez rok - wystarczy przyjrzeć się w słoneczny zimowy dzień, kiedy słońce jest nisko nad horyzontem. Jeżeli wtedy nie będzie cienia, to nie będzie go również latem. Musimy też wziąć pod uwagę, czy okoliczne drzewa w najbliższym czasie nie urosną na tyle, aby uniemożliwić dotarcie promieniom słonecznym do paneli fotowoltaicznych. Trudno się kłócić z tym, że obserwacja potencjalnego zacienienia jest prostsza niż szczegółowy pomiar prędkości wiatru. Nie wszyscy zdają sobie sprawę, że prędkość wiatru ma gigantyczne znaczenie dla pracy turbiny. Nie wystarczy bowiem tylko to, że wieje.

Prędkości charakterystyczne dla mikroturbiny wiatrowej - PRZYKŁAD

Turbiny wiatrowe - zarówno małe, jak i duże - mają trzy charakterystyczne punkty, które zależą od prędkości wiatru. Pierwsza z nich to prędkość startu, czyli punkt, w którym turbina zaczyna generować energię elektryczną. Różni się ona w zależności od modelu i konstrukcji całej elektrowni. Co do zasady - prędkość startowa niewielkich turbin wiatrowych waha się od około 2 do 3 m/s. Przy zakupie warto sprawdzić ten parametr w karcie katalogowej. Zwodnicze jest także przeświadczenie, że jeśli wieje bardzo mocny i porywisty wiatr, to elektrownia będzie dostarczać dużo energii. To nie do końca prawda, a tym sposobem przechodzimy do drugiego punktu, którym jest prędkość nominalna. Jest to prędkość, przy której urządzenie działa z mocą nominalną i zazwyczaj wynosi około 10 m/s. W takiej sytuacji nie ma znaczenia dla produkcji energii, czy będzie większa prędkość wiatru - pokazuje to poniższy wykres, tzw. wykres mocy turbiny wiatrowej. 

Przedstawiono na nim również prędkość wyłączenia turbiny - elektrownie wiatrową mają także graniczną prędkość, przy której wiatrak przestaje działać. To przede wszystkim ze względu na bezpieczeństwo instalacji. Warto pamiętać, że średnia roczna prędkość wiatru w Polsce waha się między 2,8 m/s a 3,5 m/s. Jak podaje “Atlas Klimatu Polski”, prędkości powyżej 4 m/s występują na ⅔ powierzchni kraju, a powyżej 5 m/s występują już tylko w ⅓ powierzchni. Elektrownia o mocy 10 kW niezwykle rzadko pracowałaby z mocą maksymalną. 

Decyzja o montażu małej elektrowni wiatrowej wymaga dużo więcej działań niż fotowoltaiki. Przede wszystkim obowiązkiem powinien być przynajmniej roczny pomiar prędkości wiatru. To najważniejszy wniosek, jaki płynie z tego materiału. Aby odpowiednio korzystać z technologii, musimy dobrze ją poznać. Nie każda turbina wiatrowa działa identycznie, mają inne kształty, wysokości, sprawności, prędkości startu i osiągnięcia mocy maksymalnej. Dopiero uzbrojeni w wiedzę o warunkach wiatrowych, a także wiedząc o parametrach wybranego modelu mikroturbiny wiatrowej, możemy przystąpić do realizacji inwestycji. Aktualnie popularność turbin wiatrowych będzie na podobnym poziomie, ale gdy wejdzie w życie dotacja, ta sytuacja może się diametralnie zmienić. Pamiętajmy - tylko dobrze zaplanowana inwestycja będzie na siebie zarabiać i spełniać swoją funkcję.