Energia ze Słońca dla każdego

dach solar

Zdjęcie 1: Zamontowane panele słoneczne. Źródło: www.poradnik.sunage.pl

Kolektory słoneczne na dachach domów jednorodzinnych to coraz częstszy widok w naszym kraju. Warto zatem dowiedzieć się czegoś więcej na ich temat. Jaka jest zasada ich działania? Jakie są ich rodzaje? Ile kolektorów potrzeba? 

Najpopularniejszym zastosowaniem na rynku kolektorów słonecznych są solary płaskie, cieczowe. Jest to układ cienkich rurek przymocowanych do płyty pokrytej powłoką selektywną. Płynąca przez rurki ciecz, którą jest trudno zamarzający roztwór glikolu, ogrzewa się od rozgrzanej przez słońce powierzchni płyty i rurek. Pojęcie sprawności mówi nam jaką ilość energii dany kolektor dostarczy do instalacji przy określonej powierzchni. Sprawność zależy także od jakości wykonania i użytych materiałów. Rurki najczęściej wykonywane są z miedzi, która jest materiałem odpornym na duże zmiany temperatury i korozję, jednak ze względu na wysokie koszty produkcji na rynku dostępne jest rozwiązanie zastępujące miedź na aluminium.

panel

Rys. 1: Budowa panelu. Źródło: www.efektywniej.pl

Rzadziej stosowane są kolektory rurowo-próżniowe. Są to szklane rury, ustawione równolegle, łączone w baterie. W każdej z nich znajduję się osobna rurka z absorberem, a próżnia wokół absorbera stanowi jego izolację. Nie występuję tu bowiem konwekcja, dzięki czemu straty ciepła na absorberze są mniejsze i szybciej się ogrzewa. Solary rurowe mogą się składać z podwójnych rur, jedna w drugiej. Przestrzeń między nimi wypełniona jest próżnią. Drugim zastosowaniem jest zastosowanie jednej próżniowej rury. Niektóre kolektory rurowe posiadają zwierciadło. Dzięki takiemu rozwiązaniu promienie padają na wierzch jak i od spodu. Powoduję to, że temperatura cieczy w instalacji może znacznie przekroczyć 1000C

absorber

Rys. 2: Budowa absorbera. Źródło: www.poradnik.sunage.pl

Pochłaniaczem ciepła w kolektorze nazywamy absorber. Jest to płyta pokryta substancją o dużym współczynniku pochłaniania ciepła, lecz małym współczynniku emisji promieniowania cieplnego. W kolektorach z wyższej półki wykorzystuje się powłoki z czarnego niklu, czarnej miedzi, czarnego chromu lub tlenków tytanu. Warto wspomnieć, że kolektory te są droższe i cena w tym przypadku odzwierciedla jakość materiału. Zdarzają się także kolektory z płytą absorbera pomalowaną na czarno. Takie rozwiązanie generuje duże straty ciepła przez promieniowanie. Wygląd absorbera można zobaczyć wyżej.

Obudowa kolektora jest najczęściej aluminiowa, a boki i spód izolowane są wełną mineralną. Górna, przeźroczysta ściana musi przepuszczać promienie słoneczne. Najczęściej jest to szyba ze szkła hartowanego mogąca wytrzymać gradobicia. Szkło to nazywane jest solarnym. Zdarza się, że szyba jest wykonana ze szkła pryzmatycznego przepuszczającego światło pod kątem innym niż prosty. Wydajność takiego szkła jest większa od szkła solarnego. Obudowa powinna być przede wszystkim szczelna. Jej nieszczelność może spowodować przedostanie się zanieczyszczeń i być przyczyną zmniejszenia efektywności pracy absorbera. Nieszczelność kolektora ma także wpływ na wielkość strat ciepła.

Jak rozmieszczać kolektory?  Optymalne ustawienie kolektorów powinno być skierowane pod kątem 400 w stronę południową. W miejscu, gdzie będą się znajdować nigdy nie powinno być cienia. Jeżeli nie możemy spełnić tych założeń, ze względu na, przykładowo, zasłonięcie przez sąsiednie budynki lub drzewa, należy zapoznać się z zaleceniami producenta. Najczęstszym zaleceniem jest jednak zwiększenie powierzchni kolektorów.

Ile kolektorów potrzeba? Można się sugerować przykładowym założeniem, że przy podgrzewaniu wody do 450 i dziennym zużyciu 50l potrzebny jest kolektor o powierzchni absorbera 1m2. Należy jednak pamiętać, że kolektory mają różne sprawności i przy dokładnych obliczeniach należy to uwzględnić. Jeden kolektor płaski ma zazwyczaj powierzchnię absorbera wahającą się od 1,8-2 m2. W domach jednorodzinnych, w zależności od zapotrzebowania, montowane są od 2 do 4 kolektorów słonecznych. Pojemność zasobnika wody podgrzewanej przez kolektor powinna wynosić od 1,5 do 2 razy większa niż dzienne zapotrzebowanie. Pojemność zasobników wody zaczyna się w granicach 200l i rośnie. Najmniejsze zalecane są dla dwóch osób, dla każdej kolejnej potrzebne będzie dodatkowe 50l.

Najczęściej występującym błędem wadliwie działających kolektorów jest przewymiarowanie instalacji solarnej. Należy pamiętać, że przewymiarowanie instalacji jest większym błędem niż jej niedomiarowanie. Zbyt duża ilość pozyskanego ciepła jest kłopotliwa i zmusza do wychładzania kolektorów nocą oraz awarii, które są nieuniknione w przypadku przewymiarowania. Drugą przyczyną są błędy podczas montażu i uruchamiania instalacji solarnej.

Ciekawym jest, że w przyszłości będziemy mogli uzyskać produkcję energii ze słońca tanim kosztem za pośrednictwem perowskitów. Dzięki głośnemu ostatnio w mediach odkryciu Olgi Malinkiewicz, jak tanio produkować ten materiał. Jeśli dalsze próby pracy z tymi kryształami wyjdą pozytywne, to w przyszłości folie pokryte perowskitami będą produkować energię ze słońca na naszych dachach.

Napisał: Krystian Kuczyński