Kolektory słoneczne energia słoneczna

Kolektory słoneczne

Umiejętności nabyte wykorzystania energii słonecznej stosujemy każdego dnia, często nie uświadamiając sobie tego. Od prostych czynności gospodarczych jak suszenie bielizny po praniu, suszenie plonów i zbiorów (trawa, zboże, grzyby itd.), po bardziej skomplikowane jak np. optymalne konfigurowanie architektury budynków w stosunku do stron świata. To jest bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej.


Kolektorem słonecznym, w najprostszych słowach, nazywamy urządzenie, które przechwytuje i gromadzi energię słoneczną do dalszego wykorzystania. Przykładem prostego kolektora słonecznego jest beczka z wodą deszczową na działce, która to akumuluje energię słoneczną w wodzie podgrzewając ją. Rozwój techniki, w tym głównie opanowanie umiejętności tworzenia warstw absorpcyjnych, zastosowanie płynów niezamarzających do przechwytywania i transportowania energii cieplnej, wprowadzenie automatyki pozwoliło na gwałtowny rozwój techniki kolektorów słonecznych gromadzących energię cieplną.

Kluczowymi elementami kolektora jest absorber – czyli powierzchnia pochłaniająca promieniowanie słoneczne i zamieniające je na ciepło i szyba, która przepuszcza promieniowanie słoneczne i jednocześnie zapewnia izolację cieplną. Dobrze zaprojektowana i wykonana instalacja może tam zaspokoić całe zapotrzebowanie na ciepłą wodę.

Kolektory zazwyczaj są instalowane w dachach. Również spotykany jest montaż na ziemi. Wybierając miejsce należy mieć na uwadze to aby słońce przez jak najdłuższy czas skupiało się na płycie kolektora. Kolektory słoneczne powinny być ustawiane na południe. Optymalny kont nachylenia kolektora do poziomu wynosi 45°. Ze względu na cenę, w Polsce stosowane są najczęściej kolektory płaskie.

Instalacja solarna

Ciepło uzyskiwane w kolektorach jest przesyłane do zasobnika, w którym podgrzewa i gromadzi się wodę użytkową. Posiada on co najmniej jedną grzałkę (wężownicę) przez którą przepływa czynnik grzewczy. Na potrzeby typowej rodziny czteroosobowej, 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.

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 wychłodzeniu posiada on izolację termiczną – jest więc 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 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.

Kolektory próżniowe

Kolektory próżniowe to najnowszy, wysoko zaawansowany produkt techniki solarnej. Ich konstrukcja jest bardziej delikatna niż kolektorów płaskich (mniejsza odporność na gradobicie), ale posiadają większą sprawność. 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.

Powłoka absorbująca w kolektorach rurowych ma najczęściej postać wąskiego paska z przylutowaną od spodu rurką miedzianą, biegnącego wewnątrz rury. W polskich warunkach klimatycznych kolektory próżniowe uzyskują do 600 kWh/m2 kolektora rocznie. Ogrzewanie płynu w rurach próżniowych może działać na dwa sposoby w zależności od typu kolektora.