AGNIESZKA

Wyższa Szkoła Zarządzania i Nauk Społecznych

im. ks. Emila Szramka w Tychach

kierunek: zarządzanie

studia zaoczne

gr.2

Tytuł:

KOLEKTORY SŁONECZNE

PLAN PROJEKTU

1. Wprowadzenie

2. Założenie projektu

3. Popularne zastosowania

4. Podział kolektorów

5. Korzyści z posiadania kolektora

6. Budowa kolektorów słonecznych

7. Konsekwencje

8. Sposoby montażu

9. Ważne informacje

WPROWADZENIE

Polska posiada jedne z najlepszych warunków do wykorzystywania energii słonecznej w naszej części Europy. Natężenie promieniowania słonecznego jest oczywiście różne w poszczególnych regionach kraju i waha się ono od 900 kWh/m2 do 1200 kWh/m2.

W praktyce jednak różnice w natężeniu promieniowania słonecznego w poszczególnych częściach Polski są tak niewielkie, że nie ma znaczenia, w której części naszego kraju kolektory słoneczne będą zamontowane. Wszędzie będą działać podobnie a efekty ich działania będą na pewno widoczne.

ZAŁOŻENIA PROJEKTU

Kolektor słoneczne zamieniają energię słoneczną na energię cieplną.
Uzyskana w ten sposób energia cieplna gromadzona jest w zasobnikach, za pośrednictwem których może być wykorzystywana do ogrzewania mieszkań i do produkcji ciepłej wody.

Popularne zastosowania

Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:

• podgrzewania wody użytkowej,

• podgrzewanie wody basenowej,

• wspomagania centralnego ogrzewania.

Podział

Kolektory można podzielić na:

- płaskie

• gazowe

• cieczowe

• dwufazowe

- rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają próżniowe rury)

- skupiające (prawie zawsze cieczowe)

- specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna)

KOLEKTORY PŁASKIE

Zasada działania płaskich kolektorów słonecznych polega na absorbowaniu promieni słonecznych poprzez powłokę wykonaną z blachy miedzianej zwaną absorberem, do której spodniej części przylutowane są miedziane kanały przepływowe dla płynu grzewczego. Poprzez spiralny wymiennik w zbiorniku, płyn grzewczy oddaje ciepło do zbiornika ciepłej wody. Absorber zbudowany jest z blachy miedzianej pokrytej warstwą absorbującą i to od niego zależy głównie trwałość i wysoka sprawność kolektora przez wieloletni okres jego użytkowania. Najpopularniejszą warstwą absorbującą stosowaną przez producentów kolektorów jest czarny chrom oraz tlenek tytanu.

Kolektory słoneczne z absorberem wykonanym z czarnego chromu to kolektory starszej generacji. Ich sprawność jest niższa niż sprawność kolektorów z absorberem z tlenku tytanu, aczkolwiek kolektory te również działają i sprawdzają się dobrze w naszych warunkach klimatycznych. Kolektory, których absorber stanowi blacha miedziana pokryta tlenkiem tytanu są bardziej zaawansowane technologicznie i cechuje je wyższa sprawność, a co za tym idzie, do ogrzania takiej samej ilości wody potrzebna jest mniejsza powierzchnia kolektora. Cena kolektorów płaskich a absorberem z tlenku tytanu jest nieco wyższa, ale ich jakość również.

RUROWE PRÓŻNIOWE

W kolektorach próżniowych, zwanych również rurowymi, ciepło absorbowane jest przez absorber umieszczony wewnątrz szklanej rury. Wewnątrz takiej rury szklanej jest próżnia. Rura może też składać z dwóch warstw szkła, pomiędzy którymi jest próżnia. Niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego, próżnia izoluje absorber od otoczenia, ograniczając tym samym ilość ciepła, które może być wypromieniowane z absorbera na zewnątrz. Dzięki temu, kolektory próżniowe mają na ogół lepsze osiągi zimą niż kolektory płaskie.

Kolektory rurowe występują w dwóch odmianach. W pierwszej odmianie czynnik roboczy (glikol) przepływa przez rurki miedziane przylutowane do absorbera znajdującego się w rurze próżniowej. Odbiór ciepła następuje bezpośrednio z absorbera. Drugi rodzaj to kolektory zbudowane z rur próżniowych, w których znajdują się rurki cieplne, z płynem parującym w temp. 25 stopni C. Gdy rurka się nagrzeje, płyn ten zaczyna parować i kieruje się do kondensatora. Następuje tam wymiana ciepła, w wyniku której następuje nagrzanie glikolu, który krąży w instalacji, a para skrapla się i grawitacyjne powraca na dno rurki cieplnej.

KOLEKTORY SKUPIAJĄCE

W kolektorach skupiających promienie słoneczne są odbijane w kierunku absorbera, będącego jednocześnie wymiennikiem ciepła. Jednak celność zwierciadeł jest uzależniona od kierunku padania promieni słonecznych, co w praktyce oznacza, że aby utrzymać wysoką sprawność przez cały dzień, kolektor musi poruszać się zgodnie z pozornym ruchem słońca, co znacznie zwiększa koszty budowy i utrzymania takiego kolektora, ale zapewnia większą sprawność instalacji.

Korzyści z posiadania kolektora słonecznego

Oprócz korzyści związanych z ekologią kolektory słoneczne pozwolą nam również zaoszczędzić pieniądze. Instalacja słoneczna nie należy do najtańszych, w Polsce ze względu własnej na te koszta najczęściej stosuje się płaskie kolektory słoneczne.

Z różnego rodzaju analiz ekonomicznych wynika, iż średni czas zwrotu kosztów, o których mowa powyżej to 5 lat, nie jest tu jednak uwzględniany ciągły wzrost opłat za energię. Jest rzeczą charakterystyczną, że w przypadku obiektów o dużym zużyciu energii, głównie ciepłej wody użytkowej (hotele, pensjonaty, małe ciepłownie osiedlowe, zakłady produkcyjne, masarnie, sauny) stopa amortyzacji może wynieść nawet 50%

Budowa kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne składają się z kilku elementów. Są to:

1.Przeźroczysta pokrywa - wykonana z hartowanego szkła o niskiej zawartości tlenku żelaza, które charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością promieni słonecznych.

2. Absorber - główny element kolektora słonecznego. Powinien być wykonany z metalu dobrze przewodzącego ciepło. Najczęściej jest to miedź. Metal ten jest pokryty substancjami, które zwiększają absorpcję ciepła. Do płyty absorbera przylutowane są rurki, przez które przepływa ciecz robocza.

3. Izolacja i obudowa - aby kolektory słoneczne nie oddawały ciepła do otoczenia, musi być izolowany. Całość mieści się w obudowie kolektora (najczęściej aluminiowej), która powinna być szczelna.

Rysunek 1. Budowa kolektora

KONSEKWENCJE

Konwersja fotochemiczna

Procesy konwersji fotochemicznej zapewniają nieprzerwaną produkcję biomasy, która może być w dalszych procesach biochemicznych i termochemicznych przekształcona w energie cieplną, elektryczną lub paliwa płynne.

Konwersja fototermiczna

Konwersję fototermiczną energii promieniowania słonecznego wykorzystuje się do bezpośredniej produkcji ciepła dwoma sposobami: sposobem pasywnym (biernym) i sposobem aktywnym (czynnym). W obu przypadkach zamiana energii promieniowania słonecznego odbywa się w specjalnych elementach kolektorów słonecznych zwanych absorberami. Transmisja zaabsorbowanej energii słonecznej do odbiorników odbywa się w specjalnych instalacjach. Systemy pasywne do swego działania nie potrzebują dodatkowej energii z zewnątrz. W tych systemach konwersja energii promieniowania słonecznego w ciepło zachodzi w sposób naturalny w istniejących lub specjalnie zaprojektowanych elementach struktury budynków pełniących rolę absorberów. Dla odmiany, w systemach aktywnych dostarcza się do instalacji dodatkową energię z zewnątrz, zwykle do napędu pompy lub wentylatora przetłaczających czynnik roboczy (najczęściej wodę lub powietrze) przez kolektor słoneczny.

Konwersja fotowoltaiczna

Konwersja fotowoltaiczna polega na bezpośredniej zamianie energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Odbywa się to dzięki wykorzystaniu tzw. efektu fotowoltaicznego polegającego na powstawaniu siły elektromotorycznej w materiałach o niejednorodnej strukturze, podczas ich ekspozycji na promieniowanie elektromagnetyczne. Tylko w specjalnie spreparowanych przyrządach wykonanych z półprzewodników zwanych ogniwami słonecznymi wystawionych na promieniowanie słoneczne, efekt fotowoltaiczny mierzony powstającą siłą elektromotoryczną jest na tyle duży, aby mógł być wykorzystywany praktycznie do generacji energii elektrycznej. Ogniwa słoneczne łączy się ze sobą w układy zwane modułami fotowoltaicznymi, a te z kolei służą do budowy systemów fotowoltaicznych.

Systemy fotowoltaiczne można podzielić na systemy podłączone do sieci trójfazowej elektroenergetycznej poprzez specjalne urządzenie zwane falownikiem oraz na systemy autonomiczne zasilające bezpośrednio urządzenia prądu stałego, zazwyczaj z wykorzystaniem okresowego magazynowania energii w akumulatorach elektrochemicznych.

Klasyfikacja powyższa nie obejmuje słonecznych systemów z koncentratorami słonecznymi oraz systemów dużej mocy wykorzystujące heliostaty stosowane na świecie w elektrowniach, elektrociepłowniami i piecach słonecznych. Urządzenia te wykorzystują jedynie promieniowanie bezpośrednie, a jak wspomniano w Polsce promieniowanie to stanowi w zależności od pory roku 25 -50% promieniowania całkowitego i dlatego znaczenie praktyczne tych technologii dla naszego kraju jest marginalne.

SPOSOBY MONTAŻU

Kolektory słoneczne można instalować praktycznie wszędzie, w dowolnej konfiguracji. Mogą być instalowane zarówno na dachu, na ścianie budynku lub na ziemi - na stojaku.

Aby jednak otrzymać najlepsze efekty, warto trzymać się następujących wskazówek:

1. Kolektory słoneczne powinny być zwrócone stroną szklaną na południe.

2. Kolektory słoneczne powinny być pochylone o około 45 stopni względem poziomu jest to kąt idealny przy wykorzystywaniu kolektora słonecznego od lutego do listopada.

3. Jeżeli kolektory słoneczne mają być używane tylko w miesiącach letnich (np. do ogrzewania wody w basenie lub w domku letniskowym), należy je zainstalować pod kątem 30 stopni.

4. Kolektory słoneczne należy instalować w miejscu, które nie jest zacienione przez drzewa, krzaki, trawę, itp.

Kolektory słoneczne montuje się na konstrukcji spodniej dobranej odpowiednio w zależności od kąta nachylenia dachu. Zazwyczaj kolektory montuje się przy pomocy haków przytwierdzanych do krokwi. W takim wypadku kolektory zamontowane są tuż nad powierzchnią pokrycia dachowego. Na rynku dostępne są też kolektory połaciowe. Są one wbudowane w połać dachu i w miejscu, w którym są zamontowane zastępują pokrycie dachowe.

Standardowa konstrukcja spodnia przeznaczona jest do montażu na dachu o nachyleniu od 30 do 60 stopni. Jeżeli kąt nachylenia dachu jest inny, stosuje się konstrukcję korygującą. Przy montażu kolektorów na ziemi, stosuje się odpowiednią konstrukcję oraz obciążniki, które zabezpieczą system przed działaniem silnych wiatrów.

WAŻNE INFORMACJE

Kolektory słoneczne można wykorzystać do ogrzewania budynków ale tylko do wspomagania ogrzewania i tylko w okresach przejściowych tj. wczesną wiosną i jesienią. W naszym klimacie kolektory nie zastąpią całkowicie innych źródeł ciepła w budynku. Kolektory słoneczne najlepiej współpracują z ogrzewaniem niskotemperaturowym: podłogowym lub ściennym.

W zimę kolektory są w stanie podgrzać wodę ale tylko w ładny słoneczny dzień. Kolektory mogą wtedy podgrzać wodę o kilka lub kilkanaście stopni C. W naszym klimacie kolektory słoneczne pokrywają całkowicie zapotrzebowanie na ciepłą wodę od późnej wiosny do jesieni. Natomiast zimą i w okresach przejściowych tj. wczesną wiosną i późną jesienią konieczne jest zastosowanie dodatkowego źródła ciepła

Tylko płaskie cieczowe kolektory słoneczne są odporne na warunki atmosferyczne np. Kolektory te pokryte są szybą ze szkła hartowanego o grubości 3-4 mm, co zgodnie z normami czyni je odpornymi na grad. Natomiast kolektory próżniowe/rurowe nie są odporne na gradobicie. Zbudowane są one z rur, których szkło ma grubość ok 1 mm. Rury te mogą zostać stłuczone przez silny grad. Istnieje możliwość wymiany pojedynczych rur.

Kolektorów słonecznych nie należy czyścić. Są one zamontowane pod takim kątem, że czyści je deszcz i nie ma konieczności ich mycia. Jeśli kolektory zamontowane są na ziemi w miejscu, gdzie bardzo się kurzy, można w okresach, gdy nie ma deszczu przemyć ich powierzchnię raz na kilka dni, ale należy to robić wczesnym rankiem lub późnym wieczorem, gdy kolektory są chłodne. Nie należy myć nagrzanych kolektorów!

Źródła:

1. „Kolektory słoneczne poradnik projektanta” Akademia Viessmann w Polsce Wydanie I, marzec 2006r.

2. www.instalacjebudowlane.pl/3480-37-118.htm

3. http://ogrzewanie.drewnozamiastbenzyny.pl/kolektor-sloneczny.php

4. http://kolektory.webpark.pl/woltan.html

5. http://kolektory.webpark.pl/

6. http://pl.wikipedia.org/wiki/Kolektor_s%C5%82oneczny

7. http://www.ogrzewnictwo.pl/index.php?akt_cms=595&cms=293

8. http://www.solarshop.pl/36.html

http://kolektory.webpark.pl/

http://pl.wikipedia.org/wiki/Kolektor_s%C5%82oneczny

http://www.ogrzewnictwo.pl/index.php?akt_cms=595&cms=293

http://www.solarshop.pl/36.html

10

---