Jak działają kolektory słoneczne?

Efektywne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, zwłaszcza energii słonecznej, jest coraz częściej postrzegane jako obiecujące rozwiązanie problemu globalnego ocieplenia. Zastosowania termiczne przyciągają coraz większą uwagę, w dziedzinie badań nad energią słoneczną ze względu na ich wysoką wydajność w zakresie magazynowania energii i wydajności konwersji energii. W tych zastosowaniach kolektory słoneczne i systemy magazynowania energii cieplnej są dwoma podstawowymi komponentami.

Co to jest kolektor słoneczny?

Kolektor słoneczny jest to urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Może przekształcać energię promieniowania słonecznego w energię cieplną płynu roboczego w zastosowaniach solarno-termalnych, albo w energię elektryczną bezpośrednio w zastosowaniach PV (fotowoltaicznych). Kolektory są najczęściej stosowane do ogrzewania wody, basenów oraz wspomagania centralnego ogrzewania, rzadziej do ogrzewania budynku, gdyż jest to kosztowne rozwiązanie.

Podział kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne można podzielić na:

•       Płaskie (cieczowe, gazowe, dwufazowe)
•       Płaskie próżniowe
•       Próżniowo-rurowe (rolę izolacji spełniają rury próżniowe)
•       Skupiające (absorber pełni również rolę wymiennika ciepła)

Budowa kolektora słonecznego

Każdy kolektor słoneczny składa się z absorbera, orurowania, w którym krąży nośnik ciepła (najczęściej jest to glikol lub woda) oraz obudowy i przykrycia, które mają zapobiegać utracie ciepła.

Absorber jest to zaczerniona część kolektora słonecznego. Jego zadaniem jest pochłanianie energii słonecznej oraz zminimalizowanie strat energii w wyniku emisji promieniowania podczerwonego. Warstwa absorpcyjna musi być odporna na starzenie się, czyli utratę swoich właściwości pod wpływem wieloletniej eksploatacji.

Izolacja cieplna powinna być odporna na działanie wysokich temperatur występujących wewnątrz kolektora oraz musi zachowywać swoje właściwości podczas całego okresu eksploatacji, gdyż od tego w dużej mierze zależy sprawność całego kolektora.

Obudowa stanowi osłonę wewnątrz kolektora słonecznego. Jego zadaniem jest ochrona przed utratą ciepła z absorbera do otoczenia oraz przed wpływem otoczenia i warunków atmosferycznych. Nie może dopuszczać do wilgoci wnętrza, czyli musi odznaczać się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na korozję.

Szyba kolektora słonecznego jest to kluczowy element całego urządzenia, ze względu na to, że odpowiada za efektywną pracę instalacji, a także służy jako ochrona przed warunkami atmosferycznymi. Szkło, z którego wykonana jest szyba powinno przepuszczać jak najwięcej promieniowania słonecznego do wnętrza kolektora.

Zasada działania kolektora słonecznego

Promienie słoneczne padając na absorber, zostają przekazane czynnikowi roboczemu składającego się najczęściej z glikolu i wody. Roztwór ten oddaje zasobnikowi  ciepło w postaci ciepłej wody. Ich działanie jest głównie związane z tym, w którą stronę świata są skierowane. Instalacje, które mają największe wydajności są najczęściej ustawione na południe lub południowy zachód. Trzeba jednak pamiętać, że działają one jedynie wtedy kiedy świeci słońce, przez co w okresie jesienno-zimowym ich działanie będzie ograniczone. Jednak nie oznacza to, że wtedy nie możemy korzystać z kolektorów słonecznych. Nawet w ciemne i pochmurne dni kolektory wykorzystują rozproszone światło docierające do ich powierzchni.  Są wtedy w stanie podgrzać wodę, ale wolniej i mniej intensywnie niż podczas długich i słonecznych letnich dni.

Energia cieplna po odebraniu przez kolektory słoneczne musi być efektywnie magazynowana na potrzeby późniejszego jej uwolnienia. Dlatego bardzo ważne staje się zaprojektowanie wydajnego systemu magazynowania energii.

Kolektor płaski czy kolektor próżniowy?

Zainteresowanie kolektorami słonecznymi sprowadza się do wyboru między kolektorem płaskim, a próżniowym. Ich główna różnica polega na tym, że kolektor płaski lepiej pracuje latem, a próżniowy wykazuje porównywalną wydajność  pracy w okresie letnim jak i zimowym. Większość kolektorów płaskich może być stosowana przez ponad 25 lat, a kolektory próżniowe przez ponad 20 lat. Posiadają one wyższą wydajność od płaskich kolektorów, jednak technologia ich wykonania sprawia, że są one droższym i rzadziej wybieranym rozwiązaniem.

Sprawność kolektora słonecznego

Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora płaskiego może spadać wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem.

Kolektor słoneczny czy panele fotowoltaiczne i pompa ciepła?

Panele fotowoltaiczne nadal często mylone są z kolektorami słonecznymi. Różnica między tymi instalacjami jest jednak zasadnicza. Panele słoneczne produkują energię elektryczną ze słońca, podczas gdy kolektory służą jedynie do zmiany energii słonecznej w energię cieplną. Prąd ten następnie wykorzystuje się do zasilenia wszystkich sprzętów elektrycznych w domu, w tym np. pompy ciepła. Panele fotowoltaiczne cechuje również długa żywotność. Porównując obie technologie, można uznać, że panele fotowoltaiczne są bardziej uniwersalne oraz bardziej opłacalne. 

Natomiast jeśli chodzi o porównanie kolektora słonecznego z pompą ciepła, to użytkowanie pomp ciepła jest lepsze. Pompa ciepła jest urządzeniem elastycznym, pozwala przygotować ciepłą wodę użytkową tylko wtedy kiedy jej potrzebujemy. Co więcej, jest tańsza i łatwiejsza w montażu. Jej kolejną zaletą jest to, że działa tak samo przez cały rok, nie jest w żaden sposób uzależniona od warunków pogodowych.

Podsumowanie

Kolektory słoneczne przekazują energię słoneczną w postaci ciepła do układów grzewczych. Z kolei panele fotowoltaiczne pozwalają na wytwarzanie czystej energii elektrycznej. Montaż kolektora słonecznego pozwala w sposób całkowicie ekologiczny, bez zanieczyszczenia środowiska, pozyskać ciepło, niezbędne do pozyskania ciepłej wody użytkowej oraz wspomaganie centralnego ogrzewania.

Aktualnie trwa piąta edycja  Mój Prąd 5.0 dofinansowania do urządzeń energetycznych. Na liście inwestycji kwalifikujących się do programu znajdują się także kolektory słoneczne (dofinansowanie- 3,5 tys. zł).

Zastanawiasz się nad inwestycją w OZE- własną fotowoltaiką, magazynem energii, a może pompą ciepła? Skontaktuj się z naszymi doradcami energetyczni z SunSol, którzy stworzą oferty na miarę twoich potrzeb, a dodatkowo pomogą Ci ubiegać się o dofinansowanie w ramach Mojego Prądu 5.0.