Ile możesz zyskać montując kolektory słoneczne?

Dbałość o środowisko naturalne, dążenie do ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, a także kurczące się zasoby surowców energetycznych sprawiają, że w coraz większym stopniu wykorzystujemy odnawialne źródła energii. Ograniczenia w zużyciu energii nieodnawialnej nakładają również międzynarodowe umowy nakazujące zwiększenie udziału „czystej energii” w ogólnym jej zużyciu. Energia Słońca to jedne z najczęściej wykorzystywanych źródeł ekologicznej, „darmowej” energii do celów grzewczych - zwłaszcza podgrzewania wody użytkowej.

Ile możesz zyskać montując kolektory słoneczne?

Ile energii można pozyskać?

Geograficzne położenie Polski sprawia, że całkowita energia słoneczna docierająca do Ziemi wynosi średnio ok. 1000 kWh na m2 powierzchni w ciągu roku. Jednak jej dopływ w poszczególnych miesiącach jest bardzo zróżnicowany - największe nasilenie przypada na miesiące letnie maj-wrzesień.

Ze względu na efektywność przejmowania ciepła przez kolektory, praktycznie roczne pozyskiwanie energii wynosi 400-550 kWh/m2, wykorzystywanej głównie do podgrzewania wody użytkowej.

Decydując się na montaż takiej instalacji, liczymy również na znaczące oszczędności wydatków na ogrzewanie, choć w tym zakresie możliwości kolektorów słonecznych są dość ograniczone i mogą wspomagać, np. instalację grzewczą głównie w okresie wiosny i jesieni.

Wykorzystując takie źródło ciepła, musimy jednak pamiętać, że jest ono dość kapryśne, uzależnione od warunków pogodowych, zatem nie gwarantuje ciągłości pozyskiwania energii i wymaga współpracy z tradycyjnymi urządzeniami grzewczymi.

Czy się opłaca?

Ocena opłacalności zamontowania kolektorów słonecznych nie jest jednoznaczna, gdyż zależy od wielu czynników, z których najistotniejsze to wielkość zapotrzebowania na ciepłą wodę, możliwość korzystania z innych źródeł ciepła czy koszty samej inwestycji. Jednak niezależnie od rachunku ekonomicznego, wykorzystanie kolektorów słonecznych daje określone korzyści w skali globalnej, zmniejszając w jakimś stopniu zużycie energii nieodnawialnej z tradycyjnych paliw.

Dokładne sprawdzenie, ile energii pozyskuje się z kolektora słonecznego, można określić jedynie na podstawie pomiarów z użyciem ciepłomierza prowadzonych przynajmniej przez okres roku na konkretnej instalacji.

W praktyce, przed podjęciem decyzji o zamontowaniu instalacji można obliczyć jedynie szacunkowe oszczędności, z uwzględnieniem przeciętnych warunków pogodowych i zapotrzebowania na ciepłą wodę.

Trzeba też pamiętać, że solary z reguły pokrywają 60-70% rocznego zapotrzebowania na ciepło do podgrzania wody użytkowej, a pozostałą energię musimy pozyskać z innych źródeł.

W przeciętnych warunkach użytkowania domu jednorodzinnego zamieszkałego przez 4 osoby, roczne zapotrzebowanie na energię do przygotowania c.w.u. wynosi ok. 5000 kWh, przy normatywnym dobowym zużyciu ciepłej wody 50 litrów/ osobę i o temperaturze 55ºC.

Zakładając, że z kolektorów słonecznych o powierzchni 10 m2 wykorzystamy efektywnie ok. 3500 kWh rocznie darmowej energii, możemy więc wykazać, ile zaoszczędzimy na ograniczeniu zużycia energii z gazu, węgla czy prądu elektrycznego.

Przykładowo, przyjmując cenę jednostkową energii pozyskanej z gazu ziemnego, np. 0,23 zł/kWh i mnożąc ją przez efektywnie wykorzystaną energię uzyskaną z instalacji solarnej, roczne oszczędności wyniosą ok. 800 zł (0,23 zł/kWh x 3500 kWh).

Jak działa kolektor?

O efektywności pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego w instalacji solarnej decydują kolektory instalowane najczęściej na dachu budynku. Obecnie wykorzystywane są dwa typy kolektorów - płaskie bądź rurowe nazywane też próżniowymi.

Pod względem efektywności pozyskiwania energii w ciepłych porach roku są one bardzo podobne, ale zimą, dzięki zdecydowanie lepszej izolacji termicznej, kolektory rurowe przekazują więcej ciepła. Jednak dobra izolacja ma też i swoje wady - z takiego kolektora trudniej usunąć śnieg poprzez wsteczną cyrkulację czynnika grzewczego.

W kolektorach płaskich ciepło z promieniowania słonecznego pozyskiwane jest przez rurki miedziane w formie wężownicy bądź w układzie równoległym umieszczone w izolowanej termicznie obudowie przykrytej hartowaną szybą.

Rurki połączone są z absorberem - płytą miedzianą pokrytą powłoką dobrze pochłaniającą energię promieniowania. Kolektory te produkowane są w postaci paneli o powierzchni ok. 2 m2, które można łączyć w pakiety w celu uzyskania wymaganej wydajności.

Kolektory płaskie Galmet
Kolektory płaskie. Fot. Galmet.
Schemat budowy kolektora płaskiego
Schemat budowy kolektora płaskiego. Fot. Viessmann.

Kolektory próżniowe dostępne są w kilku odmianach różniących się sposobem przekazywania ciepła i dodatkowym wyposażeniem. Kolektory z bezpośrednim przekazywaniem ciepła, w których krąży ciecz grzewcza składają się z zestawu równolegle połączonych dwuściennych rur próżniowych z umieszczonym wewnątrz nich absorberem i rurkami odbierającymi ciepło.

Pod rurami może być umieszczone zwierciadło kierujące promieniowanie również od spodu rury (tzw. kolektor CPC), jednak w warunkach dużego zanieczyszczenia otoczenia efektywność odbicia promieni spada.

Kolektor próżniowy Hewalex
Kolektor próżniowy Hewalex przeznaczony do ogrzewania c.w.u. dla 2-4 osób. Fot. Hewalex.

Spotyka się również rozwiązania z rurką grzewczą umieszczoną bezpośrednio w próżni zamkniętej w jednościennej rurze ze specjalnego szkła. Kolektory z pośrednim przekazywaniem ciepła (tzw. heat-pipe), zamiast rury grzewczej mają element grzewczy (ciepłowód) wypełniony cieczą o niskiej temperaturze wrzenia.

Podczas ogrzewania ciecz paruje, unosząc się do góry i przekazuje ciepło do kolektora z czynnikiem grzewczym. W efekcie schłodzenia, ciecz skrapla się i ścieka ku dołowi, a cykl przenoszenia ciepła przebiega w sposób ciągły.

Zaletą takiego rozwiązania jest łatwość wymiany pojedynczego elementu w razie uszkodzenia oraz zabezpieczenie przed przegrzaniem czynnika grzewczego przez wbudowany w ciepłowód zawór termostatyczny.

Jakie urządzenia potrzebne są w instalacji solarnej?

Przemyślany dobór poszczególnych elementów instalacji solarnej powinien zapewniać wysoką efektywność pozyskiwania energii słonecznej w różnych warunkach pogodowych, komfort korzystania z ciepłej wody i bezpieczne użytkowanie. Podstawowe elementy takiej instalacji to zespół kolektorów, zasobnik c.w.u., pompa cyrkulacyjna, zbiornik wyrównawczy z zaworem bezpieczeństwa oraz układ sterujący pracą systemu.

Instalacja wypełniona jest płynem niezamarzającym (glikolem), a wszystkie elementy układu powinny być dostosowane do pracy w systemach solarnych.

Przejęta w kolektorze energia słoneczna przekazywana jest za pośrednictwem glikolu do wężownicy umieszczonej w zasobniku, przy czym jego obiegiem steruje pompa cyrkulacyjna. Zostanie ona uruchomiona w przypadku, gdy temperatura cieczy w kolektorze będzie odpowiednio wyższa niż w dolnej strefie zasobnika.

Kolektory słoneczne dobierane są pod względem powierzchni czynnej zależnie od wymaganej wydajności pozyskiwania ciepła. W okresach największego nasłonecznienia moc grzewcza kolektorów sięga 600-800 W/m2, a dobowe pozyskanie energii może wynosić nawet 6 kWh/m2.

Natomiast zimą nawet przy słonecznej pogodzie w ciągu dnia uzyskuje się nie więcej niż ok. 1 kWh/m2 . W praktyce, przy instalacjach w domach jednorodzinnych przyjmuje się, że powierzchnia kolektora powinna wynosić ok. 2 m2/osobę przy montowaniu kolektorów płaskich i ok. 1,5 m2/osobę przy kolektorach próżniowych.

W celu zapewnienia równomiernego dopływu c.w.u. konieczne będzie jej magazynowanie, a także zapewnienie współpracy z konwencjonalnymi źródłami ciepła. W instalacji c.w.u. akumulację energii zapewniają zasobniki ciepłej wody o pojemności dostosowanej do mocy cieplnej kolektorów  i zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową.

Z reguły są to zbiorniki z ładowaniem warstwowym, z dwiema wężownicami - jedną współpracującą z kolektorem, a drugą zasilaną z kotła gazowego, węglowego bądź wyposażone w grzałkę elektryczną.

Zasobnik instalacji solarnej
Warto zdecydować się na dużą pojemność zasobnika instalacji solarnej. Fot. Nibe Biawar.

Przeciętnie, przyjmuje się że zasobnik powinien mieć pojemność 80-100 litrów w przeliczeniu na osobę.

Autor: Cezary Jankowski

Opracowanie: Klaudia Tomaszewska 

Zdjęcie otwierające: Nibe Biawar

Komentarze

FILMY OSTATNIO DODANE