Przydomowa elektrownia wiatrowa - jak to działa?

Wraz ze wzrostem cen za prąd i gaz rośnie w Polsce zainteresowanie alternatywnymi źródłami energii. O ile często stosowanym rozwiązaniem są obecnie panele fotowoltaiczne wykorzystujące energię słoneczną, o tyle wciąż stosunkowo rzadko spotyka się u nas małogabarytowe elektrownie wiatrowe. Choć energię wiatrową kojarzymy najczęściej z wysokimi wiatrakami i farmami wiatrowymi, to przecież można ją z powodzeniem pozyskiwać także z niewielkich konstrukcji połączonych z naszymi domami, których działanie i efektywność opisujemy poniżej. Bo też wiatr daje nam energię nie tylko darmową, ale też dostępną w bardzo wielu miejscach naszego kraju. Jest ona najczęściej dodatkowym źródłem prądu wytwarzanego na potrzeby indywidualnego gospodarstwa domowego, stanowiąc zarazem innowacyjne i przyjazne dla środowiska rozwiązanie. Energia wiatrowa jest bowiem wolna od dwutlenku węgla, toksycznych pyłów czy gazów cieplarnianych zanieczyszczających atmosferę. Wszystko to sprawia, że promują je instytucje państwowe i unijne, dążąc do zwiększenia dostępu do alternatywnych źródeł energii dla wszystkich. Pierwszym krokiem na drodze do korzystania z odnawialnych źródeł energii jest wiedza, dlatego w poniższym artykule prezentujemy kilka najistotniejszych zagadnień, które mogą się przydać wszystkim zainteresowanym działaniem przydomowych elektrowni wiatrowych i warunkami, które należy spełnić, by zacząć ich używać na co dzień. Wyjaśniamy, jak można wykorzystać energię kinetyczną wiatru, czym jest energia wiatrowa, jak działa przydomowa elektrownia wiatrowa i ile kosztuje jej praca.

Po pierwsze, zamontowanie przydomowej elektrowni wiatrowej można rozważyć przede wszystkim wówczas, gdy mieszka się lub planuje budowę domu w wietrznym regionie Polski, gdzie przez większość dni w roku wieje z odpowiednią prędkością. Całkiem spore obszary naszego kraju sprzyjają elektrowniom wiatrowym, bo mamy średnio 250 dni wietrznych w skali roku, a uśredniona prędkość wiatru w Polsce to 2,8-3,5 metrów na sekundę, co daje satysfakcjonujący wynik w interesującej nas materii. Im większa częstotliwość i siła wiatru na danym obszarze, tym więcej energii wyprodukuje przydomowa elektrownia wiatrowa.

Posiadając własne źródło energii odnawialnej możemy częściowo uniezależniać się od sieci energetycznej, a to już bardzo wiele, bo - jak wiadomo - ceny energii pochodzącej ze źródeł nieodnawialnych, a więc na przykład gazu, drastycznie wzrastają począwszy od 2022 roku. Rozważając korzystanie z przydomowej elektrowni wiatrowej trzeba też mieć świadomość, że jest to rozwiązanie, które najlepiej sprawdzi się w przypadku domów niskoemisyjnych, co do zasady zaprojektowanych tak, by korzystać z alternatywnych źródeł energii. W budownictwie tradycyjnym elektrownia taka może mieć charakter uzupełniający, ale nie będzie na tyle efektywna, by stanowić jedno z podstawowych źródeł zasilania.

Jedna z pierwszoplanowych korzyści, jakie daje napędzana siłą wiatru przydomowa elektrownia polega na tym, że otrzymujemy energię bez konieczności udziału dostawców. W zależności od tego, na jak mocny wariant turbiny się zdecydujemy, zapewniamy swojemu domowi mniejszy lub większy zastrzyk energetyczny, który pozyskamy na własną rękę, nie szkodząc przy tym środowisku naturalnemu, bo wiatr należy do zasobów naturalnych, które odnawiają się błyskawicznie. Im więcej korzystamy z jego energii, tym bardziej odciążamy sieci energetyczne, co zawsze jest z korzyścią dla dobrostanu ekologicznego i sprzyja zrównoważonemu zarządzaniu zasobami. Dlatego poleca się montaż małych przydomowych elektrowni nie tylko w celu wsparcia energetycznego domów jednorodzinnych, ale także domków letniskowych, gospodarstw rolnych, instytucji publicznych czy nawet pól namiotowych. Wszędzie tam, gdzie to możliwie, wiatr może się stać naszym wielkim sprzymierzeńcem, także działając wspólnie z innymi źródłami energii odnawialnej. Trzeba tu podkreślić, że bardzo skuteczna może być współpraca elektrowni wiatrowej z instalacją fotowoltaiczną. Energia wytwarzana jest wówczas w domu hybrydowo i pochodzi z dwóch wspierających się źródeł. Co istotne, energię wiatrową można pozyskiwać zarówno w dzień, jak i w nocy, a także o każdej porze roku, co stanowi cenną przeciwwagę dla energii pochodzącej z paneli fotowoltaicznych, których wydajność jest ściśle skorelowana z aktywnością słońca. Korzystne jest wreszcie wykorzystywanie przydomowej elektrowni wiatrowej do wytwarzania energii koniecznej do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ogrzewania elektrycznego w postaci pompy ciepła, której stosowanie coraz bardziej upowszechnia się w Polsce.

Należy tu wyjaśnić, że małogabarytowa elektrownia wiatrowa może efektywnie współpracować z siecią energetyczną, co odbywa się w tak zwanym systemie on-grid, który zakłada, że część energii konsumuje się samemu, a jej nadwyżkę sprzedaje się do standardowej sieci energetycznej. Ponieważ wiatr nie wieje codziennie z tą samą siłą, nie możemy uniknąć wytwarzania nadwyżek energii przez naszą małą elektrownię w bardziej wietrznych okresach. Istnieją jednak sposoby na jej magazynowanie w formie chemicznej w akumulatorach, których zakup wiąże się ze stosunkowo wysoką ceną i koniecznością cyklicznej wymiany. Inną opcją jest właśnie system on-grid, zakładający oddanie nadwyżek do sieci w ramach tak zwanego systemu opustów. Daje to nam możliwość odebrania nadwyżek z sieci w późniejszym terminie. System opustów nie jest całkowicie pozbawiony kosztów, ale wciąż jest atrakcyjny dla prosumentów, czyli osób fizycznych lub podmiotów, wytwarzających energię na własne potrzeby ze źródeł odnawialnych działających w ramach mikroinstalacji.

Jeżeli jednak zdecydujemy, by nasza mała elektrownia wiatrowa (też wodna lub panele fotowoltaiczne) nie była przyłączona do sieci, to będzie ona pracowała samodzielnie, czyli w systemie off-grid, zwanym też systemem wyspowym. Generuje on mniej energii, dlatego bywa najczęściej wykorzystywany do zasilania niewielkich i jednocześnie odizolowanych obiektów, jak na przykład domku letniskowego czy znaku drogowego. Mamy więc do wyboru dwie opcje, które dają nam dwojakiego rodzaju korzyści. Ich wybór zależy od naszych potrzeb i warunków - im bardziej wietrzny region, tym są one większe.

Wiemy już, że przydomowe elektrownie wiatrowe działają w ścisłej korelacji z siłą i częstotliwością występowania wiatrów. Aby wykorzystać ich moc niezbędne jest zainstalowanie systemu współpracujących ze sobą elementów, które współtworzą małogabarytową elektrownię wiatrową. Stanowią je turbina wiatrowa (biorąc pod uwagę oś ruchu obrotowego wirnika, wyróżnić można turbiny wiatrowe poziome i turbiny wiatrowe pionowe), licznik, okablowanie oraz opcjonalnie akumulatory. Zacznijmy od tego, by wyjaśnić działanie kluczowego elementu, jakim jest turbina, której rola polega na tym, że przekształca ona energię kinetyczną w energię elektryczną. Proces tego przekształcania następuje począwszy od ruchu obrotowego wirnika turbiny za sprawą ruchu powietrza. Ruch ten trafia następnie do generatora poprzez wał i przekładnię, dzięki czemu w generatorze dochodzi do wytworzenia się energii elektrycznej i tym samym produkcji prądu. Prosument może ją wykorzystać, albo też odprowadzić do standardowej sieci energetycznej. I tu niezbędny jest licznik, aby wiedzieć, ile prądu wytwarzają przydomowe turbiny wiatrowe.

O tym, jak działa elektrownia wiatrowa i ile prądu może wytworzyć decyduje jej moc. Zasadniczo waha się ona od 500 W do 5 kW. Inwestorzy indywidualni wybierają najczęściej warianty o mniejszej mocy, chcąc pokryć zapotrzebowanie na energię wybranego obiektu lub sprzętu. Zobaczmy, jaka moc przydomowej elektrowni wiatrowej jest potrzebna do wytworzenia prądu zasilającego kilka przykładowych urządzeń. A zatem mikroelektrownia przydomowa o mocy 500 W wytworzy prąd, który wystarczy, aby zasilić pompę do oczka wodnego lub bramę wjazdową. Dysponując mocą 2 kW zaopatrzymy w prąd domek letniskowy, a przydomowa elektrownia o mocy 3 kW pozwoli nam zasilić już mniejszy sprzęt AGD bądź podgrzać c. w. o. (ciepłą wodę użytkową). Elektrownia wiatrowa o mocy 5 kW skutecznie może już wspomagać instalację centralnego ogrzewania w domu jednorodzinnym.

Generalna uwaga jest następująca: zainwestowanie w przydomową elektrownię wiatrową jest tym bardziej opłacalne, im większą ma ona moc. Nawet jeśli koszty początkowe będą bardziej odczuwalne, to zwrócą się one znacznie szybciej w sytuacji, gdy instalacja zapewni dużą ilość prądu dla gospodarstwa domowego, a dodatkowo wytworzy nadwyżki, które będzie można sprzedać do sieci energetycznej. Dlatego najwyższy stopień opłacalności z punktu widzenia prosumentów mają przydomowe elektrownie wiatrowe o mocy od 10 kW do 50 kW.

Zobacz najciekawsze projekty domów!

---

KOD: 250DOM

KOD: 250DOM

KOD: 250DOM

---

Zobacz więcej projektów

Prosumenci, którzy wytwarzają energię ze źródeł odnawialnych, w tym przetwarzają energię kinetyczną wiatru w energię elektryczną, nie muszą spełniać osobnych wymogów prawnych, jeżeli ich przydomowa elektrownia wiatrowa ma moc nie większą niż 40 kW. Montując turbinę wiatrową bezpośrednio do konstrukcji nośnej budynku, nie podlegają też oni przepisom prawa budowlanego, o ile jej moc nie przekracza 40 kW. Co więcej, przydomowe instalacje wiatrowe o mocy poniżej 40 kW nie są związane rygorystycznymi przepisami wynikającymi z tak zwanej „ustawy odległościowej”, która określa precyzyjnie, na ile wiatraki mają być oddalone od zabudowań mieszkalnych. Turbiny wiatrowe o mocy mniejszej niż 40 kW nie wymagają też uwzględnienia w MPZP, czyli Miejscowym Planie Zagospodarowania Przestrzennego, co oznacza, że można je montować na terenach określanych przez MPZP jako obszary mieszkaniowe, z wyjątkiem sytuacji, w których szczegółowe postanowienia MPZP stanowią, że takich instalacji na danym terenie nie dopuszczają.

Jest więc szereg udogodnień, które zachęcają do inwestycji w tego rodzaju przedsięwzięcie, a jego proekologiczny charakter dla wielu sam w sobie stanowi duża gratyfikację.

O tym, kiedy pozwolenie na budowę jest konieczne w przypadku przydomowej elektrowni wiatrowej mówi ustawa o Prawie budowlanym (Dz. U. 1994 Nr 89 poz. 414). Jeżeli więc chcemy zamontować przy domu mikroinstalację wiatrową, której moc nie przekracza 40 kW, a jej całkowita wysokość nie jest wyższa niż 3 metry, wówczas pozwolenie na budowę nie jest wymagane. Podobnie rzecz się ma w wypadku, gdy planujemy zamontować mikroinstalację na budynku i gdy nie wystaje ona poza jego obrys wyżej niż na 3 metry. W przeciwnym razie potraktowana zostanie jako nowy obiekt budowlany, którego wzniesienie wymaga już pozwolenia. Będzie ono niezbędne także wtedy, gdy budowa mikroinstalacji wiązać się będzie z ingerencją w konstrukcję dachu. Pamiętajmy, że po uzyskaniu pozwolenia na budowę, należy się jeszcze postarać o pozwolenie na użytkowanie danej instalacji.

W sytuacji, gdy nasza przydomowa elektrownia wiatrowa nie spełnia żadnego z powyższych parametrów, obowiązuje nas przed jej montażem jedynie udanie się do Urzędu Gminy w celu dokonania zgłoszenia o budowie instalacji wiatrowej.

Możliwość samodzielnego zbudowania małej elektrowni wiatrowej przy domu jest jednym z jej największych atutów, choć oczywiście skorzystanie z usług specjalizującej się w tym firmy zawsze jest wygodniejsze i łatwiejsze. Tym niemniej, montaż mikroinstalacji wiatrowej nie jest bardzo skomplikowanym przedsięwzięciem.

Pierwszym krokiem w montażu jest wybór umiejscowienia prądnicy wiatrowej. Można umieścić ją na gruncie, na budynku już istniejącym bądź w systemie lin. Oczywiście, w przypadku gdy wznosimy naszą elektrownię na gruncie, wymagane jest pozwolenie na budowę. Jeżeli jednak decydujemy się na typ elektrowni nie wymagający pozwolenia na budowę, a więc połączonej z budynkiem, wówczas ograniczamy się do zamontowania turbiny na odpowiednio przygotowanej i zabezpieczonej konstrukcji. Jeśli elektrownia ma działać w systemie on-grid, pozostaje nam ją jeszcze podłączyć do sieci energetycznej.

Przydomowym elektrowniom wiatrowym sprzyjają oczywiście najbardziej wietrzne regiony naszego kraju, do których należą między innymi województwa północne i centralne. Im bliżej Bałtyku, tym lepiej, stąd też najczęściej rozwiązania te spotkamy na Wybrzeżu, w województwach zachodniopomorskim i pomorskim, ale też na Suwalszczyźnie. Panująca tam aura jest wybitnie korzystna dla zwolenników elektrowni wiatrowych, bo nie różni się bardzo od klimatu Holandii i Danii, które od setek lat słyną ze stosowania tego typu rozwiązań do pozyskiwania energii. Korzystne warunki wiatrowe panują też Wielkopolsce i na Mazowszu, więc i o tym regionie warto pamiętać, jak również o przełęczach górskich na południu kraju, gdzie wiatry wieją często i z dużą prędkością.

Kalkulując koszty, jakie poniesiemy inwestując w małą elektrownię wiatrową, musimy wziąć pod uwagę jej moc. Im jest ona wyższa, tym bardziej rośnie cena całego przedsięwzięcia, bo też im więcej prądu chcemy wytworzyć, tym mocniejszy musi być generator i tym więcej będziemy potrzebować akumulatorów. To właśnie ich cena wpływa najbardziej na wysokość kosztów początkowych. Na wydatki składa się więc zakup generatora do turbiny, do czego należy jeszcze doliczyć koszty związane z zakupem akumulatorów, przetwornicy, masztu i pozostałych materiałów montażowych. Koszty instalacji będą się sukcesywnie zwracać, ponieważ równocześnie obniżymy rachunki za prąd pochodzący z sieci, co odczujemy na plus w niedługim czasie, zwłaszcza jeśli ceny energii dostarczanej przez dystrybutorów wzrosną.

Podsumowując liczne zalety przydomowej elektrowni wiatrowej wypada zacząć od tego, że wytwarza ona tanią i czystą energię, a jej obsługa jest niezwykle prosta podobnie jak właściwie bezawaryjna konstrukcja. Po drugie, dzięki przydomowej elektrowni wiatrowej w mniejszym stopniu odczuwa się zarówno wzrost cen prądu i gazu, jak i trudności wynikające z przerw w dostawie prądu, a duża odległość parceli od sieci energetycznej przestaje być problemem. Korzystanie z przydomowej elektrowni wiatrowej nie generuje właściwie większych kosztów poza tymi, które wiążą się z samym montażem turbiny wiatrowej i towarzyszących jej mechanizmów oraz okresową wymianą akumulatorów. Niewątpliwą zaletą wytwarzanej przez wiatr energii jest fakt, że jej przetworzenie na energię elektryczną jest bardzo proste i można wykorzystać ją natychmiast. Co więcej, proces ten jest w pełni proekologiczny, gdyż nie emituje do atmosfery dwutlenku węgla ani innych zanieczyszczeń i nie przyczynia się do powstawania odpadów.

Nie ma oczywiście rozwiązań pozbawionych wad, dlatego trzeba wspomnieć o kilku mankamentach elektrowni wiatrowych, do których należy przede wszystkim ich wpływ na krajobraz i wygląd posesji oraz stosunkowo wysokie koszty początkowe, które trzeba ponieść w celu zakupu akumulatorów, turbiny czy innych części. Dla wielu nie bez znaczenia jest wreszcie się hałas generowany przez pracujące turbiny, choć jego poziom nie jest zbyt wysoki i nie przez wszystkich bywa on odczuwalny. Kłopotliwe mogą się też okazać przestoje w produkcji energii spowodowane okresowym brakiem wiatru, stąd też przydomowa elektrownia wiatrowa nie powinna być traktowana jako jedyne źródło energii.

Koszt inwestycji w odnawialne źródła energii jest w Polsce refundowany przede wszystkim w przypadku mikroinstalacji fotowoltaicznych, które można sfinansować korzystając z dotacji istniejących dzięki programowi „Mój prąd”. Jest on realizowany w ramach działań Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Jego beneficjentami mogą być osoby fizyczne wytwarzające energię elektryczną na własne potrzeby, a więc prosumenci. Wszystie szczegóły tego programu opisujemy w artykule "Dotacje dla budujących lub remontujących dom - 2021". Rodzimi prosumenci wciąż jeszcze czekają na program, który obejmowałby dotacjami także przydomowe elektrownie wiatrowe, bowiem ich budowę trzeba jak dotąd sfinansować samodzielnie. 

Czytaj również:
Dopłaty do kredytów. Polski Ład a kredyty hipoteczne 

Dom w cenie mieszkania? To możliwe!