1. Wstęp.

Aktualnie, ciągle rosnące ceny tradycyjnych źródeł energii takich jak: gaz, olej opałowy, węgiel powodują, że wzrasta zainteresowanie innymi alternatywnymi źródłami energii. Jednym z nich jest słońce, które dostarcza darmowej energii cieplnej. Do zamiany energii słonecznej w energię dla nas użyteczną służą miedzy innymi kolektory słoneczne. W wielu krajach, szczególnie Europy południowej wykorzystywane są masowo, również w Polsce z powodzeniem można je zastosować.

2. Typy kolektorów słonecznych.

Obecnie na rynku występują podstawowe dwa typy kolektorów słonecznych:

kolektory płaskie

kolektory próżniowe

Kolektory słoneczne płaskie - budowa

Budowę typowego kolektora płaskiego porzedstawia poniższy przekrój:

Najważniejszymi elementami kolektora płaskiego są:

• Szyba wykonana z hartowanego szkła o niskiej zawartości tlenku żelaza, które charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością promieni słonecznych. Szyba ma grubość ok. 4mm. Obecnie w kolektorach płaskich najczęściej stosowane są szyby pryzmatyczne, które zwiększają wydajność kolektora o kilka procent, niemniej jednak niektórzy producenci stosują również tańsze szyby gładkie.

• Absorber główny element kolektora słonecznego. Jest to płyta z metalu dobrze przewodzącego ciepło (najczęściej z miedzi). Metal ten jest pokryty substancjami, które zwiększają absorpcję ciepła. W klasycznych konstrukcjach jest to czarny chrom, natomiast w bardziej nowoczesnych warstwa wysokoselektywna na bazie tlenku tytanu np. TiNOX.

• Izolacja i obudowa aby kolektory słoneczne nie oddawały ciepła do otoczenia, muszą być izolowane zarówno od spodu jak i po bokach absorbera. Izolacja wraz z absorberem mieści się w obudowie kolektora (najczęściej aluminiowej), która powinna być szczelna. W zależności od typu oraz grubości zastosowanej izolacji mogą występować większe lub mniejsze straty energii. Różnice pomiędzy poszczególnymi modelami mogą sięgać kilku procent.

Kolektory płaskie są stosowane od lat 90 i ich konstrukcja jest ciągle poprawiana. Są odporne mechanicznie na uszkodzenia, jednak w wypadku ich uszkodzeniu trzeba wymienić cały kolektor.

Kolektory próżniowe (rurowe) - budowa

Ogólna koncepcja działania kolektorów próżniowych polega na tym, że absorber odizolowany jest od otoczenia próżnią dzięki czemu nie wypromieniowuje tyle energii do otoczenia na skutek różnicy pomiędzy temperaturą powietrza a temperaturą absorbera. Ponadto absorber szybciej się nagrzeje w przypadku niskiej temperatury otoczenia lub przy niedużym natężeniu promieniowania słonecznego, gdyż w tym przypadku nie trzeba tracić energii na nagrzewanie powietrza znajdującego się pomiędzy szybą a absorberem, jak w kolektorze płaskim. Na tym polega główna przewaga kolektora próżniowego nad płaskim. Kolektor próżniowy jedynie zaabsorbuje więcej energii z tego co jest dostępne i to też nie każdy oraz nie w każdych warunkach. Najczęściej spotykamy się z czterema konstrukcjami kolektorów próżniowych:

• Kolektory słoneczne próżniowe z podwójną rurą próżniową (próżnia znajduje się pomiędzy dwoma warstwami szkła) i absorberem do którego przylutowane są rurki, w których krąży glikol.

• Kolektory słoneczne próżniowe z pojedynczą rurą próżniową (próżnia znajduje się wewnątrz rury) i absorberem, do którego przylutowane są rurki, w których krąży glikol.

• Kolektory słoneczne próżniowe z podwójną rurą próżniową (próżnia znajduje się pomiędzy dwoma warstwami szkła) i rurką cieplną typu Heat-pipe.

• Kolektory słoneczne próżniowe z pojedynczą rurą próżniową (próżnia znajduje się wewnątrz rury) i rurką cieplną typu Heat-pipe

Przekrój przez rurę kolektora próżniowego z pojedynczą rurą próżniową i absorberem do którego przylutowane są rurki, przez które przepływa czynnik roboczy.	Przekrój przez rurę kolektora próżniowego z podwójną rurą próżniową i absorberem typu heat-pipe

Na tym różnice się nie kończą. W niektórych konstrukcjach absorber jest naniesiony na rurę szklaną (rura jest absorberem), następnie do tej rury przylega metal przewodzący ciepło, który odbiera je od szkła i przekazuje dalej do rurki Heat-pipe lub do rurki, przez którą przepływa czynnik roboczy. W innych konstrukcjach z kolei absorber w postaci blachy miedzianej z naniesioną wartswą wysokoselektywną np. TiNOX jest przylutowany bezpośrednio do rurki Heat-pipe lub do rurki, przez którą przepływa czynnik roboczy. W tym pierwszym rozwiązaniu produkcja jest prostrza i tańsza, lecz niestety odbija się to na niższej wydajności kolektora (na stykach szkła z metalem i metalu z metalem, przy zupełnym braku połączenia, przewodzenie nie zawsze jest dobre). Niektóre kolektory próżniowe wyposażone są dodatkowo od strony spodniej w zwierciadło (tzw. kolektory CPC (Compound Parabolic Concentrator - czyli zwierciadło koncentrujące). Założenie przy stosowaniu tego zwierciadła jest takie, że odbijać będzie ono promienie słoneczne, tak że padać będą one na absorber nie tylko od góry, lecz również od spodu. Założenie to jest prawidłowe pod warunkiem, że zwierciadło (wykonane z blachy aluminiowej) nie zaśniedzieje, nie ulegnie zakurzeniu lub nie zostanie pokryte śniegiem. Różnice w wydajności poszczególnych modeli kolektorów próżniowych również mogą być znaczne. Wysokiej klasy kolektor próżniowy wyprodukuje nawet 60% więcej energii niż kiepski kolektor płaski.

Kolektory te są lżejsze od kolektorów płaskich, poszczególne rury można wymieniać pojedynczo, a uszkodzenie jednej czy więcej rur nie powoduje przerwania pracy kolektora. Kolektory próżniowe są niestety zdecydowanie droższe od płaskich.

3. Instalacja solarna.

Ważnym czynnikiem wykonania poprawnej instalacji solarnej jest właściwe rozpoznanie do czego ma ona służyć i jakie są możliwości montażu poszczególnych elementów. Kolektory można montować w wielu miejscach.




Przykładowo:

Jako wbudowane w konstrukcję dachową, na dachu, na balkonach, na różnych stojakach umożliwiających umieszczenie na powierzchniach poziomych jak i pionowych. W wypadku małej ilości miejsca na dachu można zamontować kolektory próżniowe, które można umieścić nawet na pionowej ścianie budynku.

Należy jednak pamiętać, aby kolektor był zwrócony na południe (odchyłki o 20% nie maja większego znaczenia), oraz nie był przesłaniany przez inne budynki, drzewa lub krzewy. Najbardziej korzystny kąt nachylenia kolektora to ok. 45 stopni. Zwrócić też trzeba uwagę na konstrukcję dachu. Ze względu na znaczne dodatkowe obciążenie dobrze jest skonsultować przewidywaną instalację z projektantem budynku, może być konieczne wykonanie dodatkowego wzmocnienia konstrukcji dachowej.

Kolektory słoneczne są najważniejszą częścią słonecznych systemów grzewczych. Dobór pozostałych elementów instalacji zależy od jej przeznaczenia. Słoneczne systemy grzewcze wykorzystuje się najczęściej do:

• ogrzewania ciepłej wody użytkowej

• ogrzewania ciepłej wody użytkowej i wspomagania c.o.

• ogrzewania basenu i wody użytkowej

Przykładowy schemat instalacji solarnej przedstawia poniższy rysunek.




W praktyce słoneczny system grzewczy można dowolnie rozbudować, podłączając do niego dowolne urządzenie grzewcze i dowolne odbiory ciepła

W warunkach polskich instalacje solarne wykorzystuje się głownie do przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Poniższy rysunek obrazuje możliwości podgrzewu ciepłej wody przez kolektor słoneczny.




Jak z powyższego wynika najlepsze rezultaty osiąga się w miesiącach letnich, gdzie praktycznie całe zapotrzebowanie na c.w.u. można pokryć z ogrzewania kolektorem słonecznym, bez zbędnego uruchamiania instalacji c.o.

Dobre zaplanowanie instalacji jest warunkiem do jej poprawnego działania. Należy ustalić z inwestorem przewidywane zastosowanie kolektorów słonecznych. Oczekiwania, że będą one ogrzewać dom w okresie zimowym, są raczej nie realne ze względu na możliwości montażowe (powierzchnia dachu i obciążenie), oraz duże koszty takiej instalacji przy stosunkowo słabym uzysku energii w miesiącach zimowych. Pozostaje raczej przygotowanie c.w.u. i ewentualne wspomaganie ogrzewania. Należy ustalić zapotrzebowanie na ciepłą wodę (np. ilość osób zamieszkujących, ilość łazienek i urządzeń w nich występujących). Zużycie będzie miało wpływ na przewidywaną do zainstalowania powierzchnię kolektorów, ich rodzaj, oraz wielkość zbiornika buforowego c.w.u. W dalszej kolejności należy rozpatrzyć możliwości zabudowy poszczególnych urządzeń (szczególnie zbiornika buforowego) w taki sposób by odległości od poszczególnych elementów instalacji byłyby jak najmniejsze co zmniejszy straty ciepła wynikające z przesyłu mediów grzewczych, zasilanie w energię elektryczną niezbędną do elementów sterowania, oraz pompowych. W przypadku założenia, że instalacja solarna będzie służyć do wspomagania c.o. należy rozpatrzyć sposób połączenia z systemem ogrzewczym. Nie należy przesadzać z ilością kolektorów słonecznych, gdyż w okresie letnim może wystąpić problem z przegrzewaniem instalacji i kłopot z problemem nadprodukcji ciepła. Najkorzystniej jest użyć dokumentacji technicznej i założeń projektowych producenta kolektorów słonecznych. Aktualnie wielu producentów proponuje odpowiednie zestawy elementów, które zapewniają wykonanie poprawnej kompletnej instalacji. Są też oferowane gotowe centrale grzewcze, gdzie wystarczy podłączyć kolektory słoneczne. Takim przykładem jest Vitocall 242-G produkcji Viessmana, gdzie jest zintegrowana pompa ciepła ze zbiornikiem ciepłej wody użytkowej, oraz wszystkimi urządzeniami sterującymi, oraz pompami. Przyśpiesza to znacznie montaż, gdyż instalacja ogranicza się do podłączenia zasilania elektrycznego, oraz obwodów ogrzewania i kolektorów słonecznych, a następnie napełnienia instalacji odpowiednimi mediami.

4. Podsumowanie:

Jak z powyższego widać kolektory słoneczne są doskonałym, tanim i ekologicznym źródłem energii. Wykonanie instalacji nie jest bardzo trudne, a aktualnie dostępne materiały i gotowe zestawy ułatwiają dodatkowo poprawne wykonanie instalacji solarnych.

Literatura:

Materiały reklamowe i szkoleniowe firmy Viessmann

Materiały reklamowe firmy Wolf

Internet

:

---