Kolektory słoneczne
Energia promieniowania słonecznego może być zamieniona w ciepło i użyta w do ogrzewania
wody użytkowej, wody w basenie lub ogrzewania pomieszczeń. Instalacje spełniające takie
zadania występują powszechnie na całym świecie. Ze względu na dobre warunki
nasłonecznienia zdobyły sobie szczególną popularność w krajach basenu morza śródziemnego
oraz w Australii. Dobrze zaprojektowana i wykonana instalacja może tam zaspokoić
praktycznie całe zapotrzebowanie na ciepłą wodę.
Głównym elementem - sercem - instalacji solarnej są kolektory. Ich zasada działania jest
prosta - doświadczył jej każdy kto w słoneczny dzień wsiadł do nagrzanego samochodu.
Kluczowymi elementami jest absorber - czyli powierzchnia pochłaniająca promieniowanie
słoneczne i zamieniające je na ciepło (w przypadku samochodu są to czarne plastiki i
tapicerka) i szyba która przepuszcza promieniowanie słoneczne i jednocześnie zapewnia
izolację cieplną. Na rynku dostępne są dwa typy kolektorów - płaskie i próżniowe.
Kolektory Płaskie
Są nieco tańsze ale też mniej wydajne niż próżniowe. Promieniowanie słoneczne jest
pochłaniane przez płytę absorbera - czyli arkusz blachy aluminiowej lub miedzianej pokryty
powłoką zwiększającą pochłanianie (absorpcję) promieniowania. Może to być po prostu
czarna farba, ale nowoczesne konstrukcje posiadają specjalne powłoki selektywne -
zwiększające absorpcję przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji ciepła. Pod absorberem
poprowadzone są rurki w których krąży niezamarzający płyn dobrze przewodzący ciepło
(tzw. czynnik grzewczy, przeważnie znany z chłodnic samochodowych glikol). Całość
zamknięta jest w aluminiowej obudowie, izolowanej od spodu warstwą wełny mineralnej. Od
góry kolektor przykryty jest szybą, która musi odznaczać się dobrą przepuszczalnością
promieniowania słonecznego i wysoką wytrzymałością (szkło hartowane, nie pękające pod
wpływem gradu lub masy zalegającego śniegu)
1
Budowa kolektora
płaskiego (źródło: http://www.southface.org)
Kolektory Próżniowe
Ich konstrukcja jest bardziej delikatna niż kolektorów płaskich (mniejsza odporność na
gradobicie), ale posiadają większą sprawność . Ich główną zaletą jest wykorzystanie
promieniowania rozproszonego i niskie straty ciepła - dzięki temu mogą pracować nawet w
pochmurne dni. Zbudowane są z szeregu szklanych rur próżniowych. Na ich wewnętrzną
warstwę napylony jest absorber. Wewnątrz poprowadzona jest miedziana rurka, połączona z
absorberem za pomocą profili aluminiowych. W rurce znajduje się substancją chemiczną
parującą w temp ok 25 stopni C oddającą ciepło czynnikowi grzewczemu.
Zasada działania kolektora próżniowego
2
Kolektor próżniowy
(źródło: http://www.uc.edu). W razie uszkodzenia jednej rurki (pęknięcie, utrata próżni)
można ją łatwo wymienić bez przerywania pracy całej instalacji.
Instalacja solarna
Ciepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zasobnika w którym podgrzewa i
gromadzi się wodę użytkową (bojlera). Posiada on co najmniej jedną grzałkę (wężownicę)
przez którą przepływa czynnik grzewczy. Na potrzeby typowej rodziny (3, 4 os.) zazwyczaj
wystarcza zbiornik o pojemności 300l. Ponieważ kolektory nie są w stanie dostatecznie
ogrzewać wodę przez cały rok stosuje się bojlery z dodatkowym źródłem ciepła (np.
elektryczną grzałką lub wężownicą zasilaną ciepłą wodą z kotła olejowego, węglowego, itp.),
tzw zasobniki biwalentne.
Ogólny schemat
typowej domowej instalacji solarnej służącej do ogrzewania wody (źródło:
http://www.southwestsolarheating.co.uk). Dzięki zastosowaniu pompy, zbiornik wody może
być umieszczony poniżej kolektorów (w piwnicy)
3
Instalacje można zbudować w układzie z cyrkulacją grawitacyjną (termosyfon) lub z
cyrkulacją wymuszoną za pomocą pompy.
•
Cyrkulacja grawitacyjna. Woda ciepła posiada mniejszą gęstość niż zimna, ma więc
tendencję do wypływania ku górze. Bojler powinien być umieszczony powyżej
kolektora - płyn grzewczy płynie wtedy do wężownicy w zbiorniku i oddaje ciepło
wodzie użytkowej, po czym powraca na dno kolektora, znów się ogrzewa i płynie do
góry - powstaje w ten sposób naturalna cyrkulacja. Trwa dopóki temperatura w
kolektorze jest wyższa nic w zbiorniku. Aby woda w zbiorniku nie ulegała szybkiemu
wychłodzeniu (np w nocy) posiada on izolację termiczną - jest więc w istocie wielkim
termosem.
•
Układ z pompą.W takiej konfiguracji cyrkulacja czynnika grzewczego wspomagana
jest przez pompę. Dzięki temu bojler może być dowolnie usytuowany względem
kolektorów. Pompa jest oczywiście zasilana elektrycznie - w razie przerwy w dostawie
prądu instalacja przestaje działać prawidłowo i powstaje ryzyko przegrzania
kolektorów. Interesującym rozwiązaniem może być zasilanie pompy z baterii
słonecznych - im więcej energii słonecznej tym szybciej pracuje pompa zapewniając
mocniejszą cyrkulację czynnika grzewczego.
Czy to się opłaca?
Ilość promieniowania słonecznego przekładającego się na ciepło możliwe do uzyskania
zależy od: lokalizacji, pory roku, pory dnia i oczywiście od pogody.
Ilość energii
promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni ziemi w ciągu roku na terenie
Polski (źródło: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis). Na południu Europy ilość ta jest nawet
dwukrotnie wyższa.
4
Pokrycie
zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową przez instalacje solarną w poszczególnych
miesiącach roku w warunkach polskich.
Powiedzmy sobie szczerze - Polska nie jest wymarzoną lokalizacją dla instalacji solarnych. W
miesiącach zimowych, kiedy energia cieplna jest najbardziej pożądana, kolektory mogą
dostarczyć zaledwie kilkanaście procent potrzebnej energii. W skali roku zestaw może pokryć
do 65 % zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. Jego koszt, dla typowego domu to około
11 tys zł. Na szczęście ze względu na pozytywny efekt ekologiczny można liczyć na wsparcie
finansowe ze strony Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska w postaci preferencyjnych
kredytów a nawet zwrotu połowy kosztów inwestycji.
5