2022-04-01 09:35:36 
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 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.
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.
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