Strona główna » Kolektory słoneczne – rodzaje, działanie, budowa, montaż
Kolektory słoneczne - rodzaje, działanie, budowa, montaż

Kolektory słoneczne – rodzaje, działanie, budowa, montaż

Śledząc uważnie doniesienia z rynku energetycznego, trudno jest być optymistą. Tradycyjne źródła energii, takie jak węgiel, czy ropa naftowa, wydobywane bez zahamowań przez dziesiątki lat, są na wykończeniu, energia atomowa cieszy się coraz mniejszym zaufaniem, a gospodarstwa domowe i przedsiębiorstwa z przerażeniem obserwują stale rosnące ceny energii. Doskonałym rozwiązaniem tego problemu jest sięgnięcie po odnawialne, alternatywne źródła energii.

Jednym z nich, ogólnodostępnym, jest energia słoneczna. Coraz więcej osób decyduje się na pozyskiwanie energii do ogrzania wody lub pomieszczeń właśnie z tego źródła.

Najpowszechniejszym urządzeniem służącym do przetwarzania energii słonecznej są kolektory słoneczne. Możemy wyróżnić dwa podstawowe kolektory słoneczne. Pierwszym z nich jest kolektor płaski, natomiast drugim kolektor rurowo-próżniowy. Różnią się one przede wszystkim budową kolektora, a także wydajnością.

Działanie kolektorów słonecznych jest niezwykle proste i sprowadza się do pobierania promieni słonecznych i energii słonecznej i przetwarzania jej na energię cieplną. Za pomocą kolektorów słonecznych możemy ogrzać wodę do codziennego użytku, dogrzać pomieszczenia w domu, zapewnić sobie ciepłą wodę, którą wykorzystamy w przemyśle, a także podgrzać wodę w przydomowym basenie.

O tym, jak bardzo montaż kolektorów opłaca się, przekonało się i nadal przekonuje coraz większą liczba ludzi. Kolektory pojawiają się już nie tylko na dachach zakładów przemysłowych, ale także na dachach i posesjach domów prywatnych.

Zalety użytkowania kolektorów słonecznych są dwojakiego rodzaju: ekonomiczne i ekologiczne. I choć cena kolektorów słonecznych nie jest niska, a koszt całej inwestycji może wynieść nawet kilkadziesiąt tysięcy złotych, to jednak poniesione wydatki zwracają się już w przeciągu kilku lat, a stale rosnące ceny energii jeszcze ten proces przyspieszają.

Każdy zainteresowany kupnem i montażem kolektorów słonecznych może także skorzystać z kilku form dofinansowania zakupu kolektorów.

Kolektory płaskie

Decydując się na zakup i montaż kolektorów słonecznych, możemy wybierać spośród dwóch rodzajów tego typu urządzeń. Mamy do wyboru kolektory rurowo-próżniowe oraz kolektory płaskie.

kolektorze słonecznym płaskim, za absorpcję promieni słonecznych odpowiada powłoka wykonana z blachy miedzianej, która nosi nazwę absorbera. Do spodniej części tego elementu kolektora, przymocowane są miedziane kanały przepływowe dla płynu grzewczego. Poprzez spiralny wymiennik znajdujący się w zbiorniku, płyn grzewczy oddaje ciepło do zbiornika, w którym znajduje się ciepła woda.

Sam absorber zwykle zbudowany jest z miedzianej blachy, która pokryta jest warstwą absorbującą. To właśnie od absorbera w głównej mierze zależy trwałość i sprawność kolektora.

Producenci kolektorów słonecznych, jako warstwę absorbującą, najczęściej stosują czarny chrom lub tytan. Kolektory słoneczne z absorberem wykonanym z czarnego chromu należą do kolektorów starszej generacji. Ich sprawność jest niższa niż sprawność kolektorów z absorberami z tytanu. Jednak także one dobrze i sprawnie funkcjonują w naszych warunkach klimatycznych. Kolektory z absorberem pokrytym tytanem, są bardziej zaawansowane technologicznie. Ich podstawową zaletą jest wyższa sprawność, a co się z tym wiąże, do ogrzania takiej samej ilości wody potrzebna jest mniejsza powierzchnia kolektora.

Polskie warunki klimatyczne zapewniają średnie, roczne nasłonecznienie w granicach 1000 kWh/m2. Kolektory słoneczne, których absorber pokryty jest warstwą tytanową, uzyskują rocznie, nawet do 550 kWh z m2 powierzchni absorbera. Niestety, większa sprawność wiążę się także z wyższą ceną kolektorów z absorberem pokrytym tytanem. Wśród kolektorów słonecznych płaskich, możemy wyróżnić kolektory płaskie gazowe, cieczowe oraz dwufazowe.

Kolektory rurowo-próżniowe

Energia słoneczna, jako jedno z alternatywnych źródeł energii, cieszy się coraz większą popularnością. Także coraz więcej zwykłych obywateli, głównie ze względów ekonomicznych, decyduje się na montaż kolektorów słonecznych.

I choć cena kolektora słonecznego nie jest niska, to za sprawą dofinansowania, a także szybkiego zwrotu kosztów zakupu i montażu, urządzenia te coraz częściej montowane są na dachach prywatnych domów.

Decydując się na zakup kolektora słonecznego, mamy do wyboru kolektory płaskie i rurowo próżniowe.

Kolektory próżniowe należą do najnowszej, wysoko zaawansowanej techniki solarnej. W tego typu urządzeniach wykorzystuje się specjalne, podwójne szklane rury, między którymi znajduje się próżnia. W porównaniu z kolektorami płaskimi, kolektory rurowo próżniowe mogą wykazywać się sprawnością nawet do 30% większą. Sprawność ta jest zdecydowanie wyższa w okresach wiosennym i jesienno-zimowym.

Kolektory próżniowe posiadają zdolność do absorbowania promieniowania rozproszonego. W znacznym stopniu ograniczają także straty ciepła. Wszystko to wynika z budowy kolektora, a przede wszystkim ze znajdującej się pomiędzy rurami próżni. Powłokę absorbującą w kolektorach rurowo próżniowych, stanowi najczęściej wąski pasek z przylutowaną od spodu rurką miedzianą. Absorber znajduje się wewnątrz rury kolektora. W niektórych kolektorach tego typu, stosuje się także powlekanie wewnętrznej powierzchni rury powłoką absorbującą.

W naszych, polskich warunkach klimatycznych, kolektory rurowo próżniowe uzyskują nawet do 600 kWh/m2 kolektora rocznie. Płyn znajdujący się w rurach próżniowych może być ogrzewany na dwa sposoby. Pierwszym sposobem jest ogrzewanie poprzez kanały przepływowe z czynnikiem grzewczym, które mają postać litery U i znajdują się w rurze próżniowej. Płyn ogrzewa się w trakcie przepływu przez kanał. Drugim sposobem są zamknięta pojedyncza rura, zwana „rurką ciepła”, która działa na zasadzie kondensatora.

Budowa kolektorów

Budowa kolektora słonecznego jest niezwykle prosta.

Każdy kolektor zbudowany jest jako konstrukcja monoblokowa, zwykle nierozbieralna. Składa się z obudowy nośnej, która mocuje wszystkie elementy, wykonanej zazwyczaj jako suma elementów z aluminiowo-cynkowej blachy dennej, ramy profilowanej z aluminium oraz profilu uszczelniającego lub kątownika ozdobnego. Najprostszy w budowie jest kolektor słoneczny płaski.

Jedną z najważniejszych części każdego kolektora jest absorber, czyli powierzchni służącej do odbierania ciepła. Absorber taki umieszczony jest w zaizolowanej „skrzynce”, która od góry przykryta jest szkłem. Do absorbera przytwierdzone są rurki, przez które przepływa woda lub glikol. Pozwala to na odebranie ciepła od nagrzewającego się absorbera. Część ta nosi nazwę wymiennikiem ciepła.

Między rurkami i absorberem a ściankami skrzyni znajduje się izolacja cieplna, która zapobiega podgrzewaniu otaczającego kolektora powietrza przez rozgrzany absorber. Izolacją taką najczęściej jest wełna mineralna lub pianka poliuretanowa.

Nieco inną budowę, a co się z tym wiąże także zasadę działania posiada kolektor rurowo-próżniowy. W przypadku tego rodzaju kolektora słonecznego, rolę absorbera pełni metalowy cylinder. Umieszczony jest on wewnątrz szklanej tuby. Między absorberem a tubą znajduje się próżnia, co ma na celu minimalizację strat ciepła. Wewnątrz absorbera znajdują się dwie rurki, przez które przepływa ciecz. Ich zadaniem jest odbieranie ciepła od absorbera.

W kolektorach nowszej generacji często stosuje się tzw. rurki ciepła, które do transportu ciepła wykorzystują zjawiska parowania i skraplania. Mniejsza powierzchnia absorbera w tego rodzaju kolektorach sprawia, że wykorzystuje się w nich paraboliczne zwierciadła. Dzięki takiemu rozwiązaniu, słońce wpadające do kolektora pomiędzy rurkami, także jest wykorzystywane.

Działanie kolektorów słonecznych

Niezależnie od tego, czy posiadamy kolektor płaski, czy też kolektor rurowo-próżniowy, podstawowym zadaniem kolektora słonecznego jest pobieranie energii słonecznej z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego, a następnie przekazywanie jej do instalacji grzewczej.

Zasada działania takiego kolektora jest niezwykle prosta. Najpierw słońce ogrzewa znajdujący się w kolektorze absorber, który pochłania promieniowanie słoneczne i zamienia je na ciepło. Od rodzaju absorbera zależy skuteczność pochłaniania energii słonecznej. Najbardziej skuteczny jest tzw. absorber selektywny, który pochłania 95% padającego na niego promieniowania, natomiast zwykły, czarny absorber odbija dużą część tego promieniowania.

Od absorbera ogrzewa się czynnik grzewczy, którym może być woda lub płyn niezamarzający, a który przepływa przez kolektor. Ogrzany przez promienie słoneczne płyn przepływa do zasobnika, gdzie oddaje ciepło ogrzewanej wodzie użytkowej, która znajduje się w tym zasobniku. Następnie ochłodzony czynnik grzewczy wpływa powtórnie do kolektora.

Energia cieplna może być przekazywana z warstwy absorpcyjnej do zasobnika także ciepłowodem, zwanym „rurką ciepła”. Tego rodzaju technologia zapewnia przede wszystkim wysoką sprawność wymiany ciepła odebranego z absorbera. Rurka ta jes zamkniętą kapilarą, w której stale zachodzą procesy parowania i skraplania.

Kolektory słoneczne mają kilka zastosowań. Mogą one służyć do wspomagania niskotemperaturowych instalacji centralnego ogrzewania, wspomaganie wytwarzania, a latem nawet wyłącznie wytwarzanie ciepłej wody użytkowej, a także do podgrzewania wody w basenie. Ciepło, które wytwarzane jest przez próżniowe kolektory słoneczne można wykorzystać także w procesach technologicznych do podgrzewania surowców, ścieków dla intensyfikacji procesów chemicznych itp.

Montaż kolektorów słonecznych

Miejsce montażu kolektora słonecznego nie może być zacienione. Kolektory słoneczne montuje się zazwyczaj na dachu, w dachu, ale możliwy jest także montaż na podłożu. Niektóre rodzaje kolektorów można także montować na ścianie budynku.

By kolektor słoneczny dobrze spełniał swoje funkcje i był wydajny, musi zostać odpowiednio zamontowany. By działanie kolektora było jak najbardziej efektywny, musi on być przede wszystkim zamontowany odpowiednio względem stron świata. Najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest ustawianie urządzeń w kierunku południowym.

Kolejnym elementem jest kąt nachylenia. W przypadku kolektorów płaskich, mogą one być odchylone o maksimum 15o w kierunku wschodnim lub zachodnim. Jeśli odchylenie jest większe, kolektor w takim przypadku musi mieć większą powierzchnię niż w przypadku, gdy byłby zwrócony na południe.

Jeśli ze względu na niekorzystne położenie domu, wówczas lepszym rozwiązaniem jest stosowanie kolektorów rurowo-próżniowych, które dają możliwość indywidualnego dopasowania kierunku ustawienia absorbera. Kolektory te mogą także mieć większe niż kolektory płaskie, dopuszczalne odchylenie od południa, gdyż kąt nachylenia absorbera jest regulowany w każdej rurze indywidualnie.

Na wydajność kolektora duże znaczenie ma także kąt jego ustawienia. Najlepsze rezultaty osiągamy, gdy promienie słoneczne padają prostopadle do powierzchni urządzenia. Ze względu na zmianę położenia Słońca w ciągu roku, różne są kąty ustawienia kolektora: w lecie wynosi on 30o, natomiast zimą 60o. Jeśli kolektory mają pracować tylko latem, możemy je ustawić pod kątem 30o, a kolektory całoroczne, pod kątem 45o.

Po zamontowaniu kolektora na połaci dachu, zmiana nachylenia kąta nie jest już możliwa. W przypadku kolektorów wolnostojących i montowanych na dachu płaskim, można je optymalnie ustawić względem słońca. Ich skuteczność zwiększa także odbite od ziemi promieniowanie.

Zalety kolektorów słonecznych

Rosnące koszty energii, a także coraz większa świadomość ekologiczna Polaków sprawia, że na coraz większej liczbie budynków: firm, instytucji, fabryk, a także domów prywatnych, można zobaczyć kolektory słoneczne.

Te urządzenia wykorzystujące alternatywne źródła energii, mimo swojej ceny, cieszą się coraz większą popularnością, a różnego rodzaju dotacje na zakup kolektorów sprawiają, że kolektory słoneczne trafiają także pod, a raczej na, przysłowiowe strzechy.

A zalet kolektorów słonecznych jest naprawdę wiele. Pierwszym i chyba najważniejszym, który przekonuje wielu użytkowników do montażu kolektorów słonecznych jest znaczne zmniejszenie kosztów energii. Przeciętna instalacja solarna daje rocznie, średnio oszczędności odpowiadające kosztom wytworzenia 2800 kWh. W zależności od rodzaju kolektora słonecznego, wskaźnik ten jest różny. Jednak przy obecnych, stale rosnących cenach energii elektrycznej, pozwala to na naprawdę duże oszczędności. Koszty, jakie ponieśliśmy w związku z zakupem i montażem kolektorów słonecznych zaczną się zwracać niemal natychmiast.

Oszczędzić możemy nie tylko na zużyciu energii do ogrzania wody, ale także na ogrzewaniu pomieszczeń. Jeśli kolektory zostaną podłączone do układu centralnego ogrzewania, mogą dogrzewać pomieszczenia i zmniejszyć koszty ogrzewania pomieszczeń o 30-40%, a w przypadku kolektorów próżniowych, nawet o 70-80%.

Jeśli względy ekonomiczne nas nie przekonują, to może uczynią to względy ekologiczne. Tylko jedna instalacja z kolektorami słonecznymi zapobiega emisji ponad tony dwutlenku węgla do atmosfery. Kolektory słoneczne wykorzystują odnawialne źródło energii, jakim jest energia słoneczna, co sprawia, że nie musimy mieć wyrzutów sumienia związanych z zanieczyszczaniem środowiska.

A jeśli i to nas nie przekonuje, to wystarczy pomyśleć o tym, że mimo rosnących cen energii, po zamontowaniu kolektorów, będzie Cię stać na długą gorącą kąpiel bez wyrzutów sumienia.

Ceny kolektorów

Kolektory słoneczne cieszą się coraz większą popularnością. Dzieje się tak głównie ze względu na stale rosnące ceny energii, a także coraz większą świadomość ekologiczną Polaków.

Jednak mimo takich zalet kolektorów słonecznych, wiele osób zastanawia się, czy montaż instalacji solarnych na pewno się opłaca.

Trzeba przyznać, że cena kolektorów słonecznych nie jest niska. Minimalny koszt zakupu najtańszego kolektora rozpoczyna się w granicach 1500 zł i może sięgać nawet ponad 2 tysięcy zł. Cena zleży oczywiście od wielkości, wielkości powierzchni absorbującej, oraz rodzaju kolektora, choć tak naprawdę różnica cenowa miedzy kolektorami płaskimi kolektorami próżniowymi nie jest taka duża.

Na cenę kolektora ma także wpływ marka. Jednak wydatek, jaki musimy ponieść na zakup kolektora to dopiero początek. Koszt zestawu solarnego składającego się z kolektora oraz innych elementów służących do montażu i prawidłowego funkcjonowania takiego zestawu, rozpoczyna się od 10 tysięcy złotych. Do ceny kolektora trzeba doliczyć także koszt zasobnika, którego cena zależy przede wszystkim od pojemności i rozpoczyna się już od 3 tysięcy złotych. Do tego dochodzą jeszcze koszty montażu kolektorów, co daje nam łączną sumę oscylującą w okolicach 20 tysięcy złotych.

Jednak przy stale rosnących cenach energii, koszty te zaczynają się zwracać już od samego początku użytkowania kolektorów, a całkowity zwrot kosztów poniesionych na zakup i montaż tego rodzaju urządzeń, zwraca się już po kilku-kilkunastu latach. Stale rosnące koszty energii sprawią, że zwrot ten może nastąpić jeszcze szybciej. Możemy skorzystać także z form dofinansowania zakupu kolektorów słonecznych.

Kolektory słoneczne to inwestycja, która się naprawdę opłaca.

Dofinansowanie do kolektorów

Coraz więcej ludzi przekonuje się, że zakup i montaż kolektorów słonecznych, to inwestycja, która naprawdę się opłaca. Wynika to głównie ze stale rosnących kosztów energii, a także z coraz większej świadomości ekologicznej.

Jednak nie każdego jest stać na sfinansowanie kosztów zakupu i montażu układów solarnych. Cena kolektorów słonecznych rozpoczyna się w granicach 1,5 tysiąca złotych i pnie się w górę, a koszty całego przedsięwzięcia sięgają ponad 20 tysięcy złotych. Jednak każdy, kto chce korzystać z alternatywnych źródeł energii, może skorzystać z pomocy finansowej.

W Polsce każdy, kto wyrażą chęć posiadania kolektorów słonecznych, może skorzystać z dwojakiego sposobu dofinansowania: w formie dotacji z gminy lub kredytów udzielanych na preferencyjnych warunkach.

Najkorzystniejsze są dotacje z gminy, o które warto zapytać w urzędzie gminy lub miasta. Środki na te inwestycje pochodzą m.in. z Programu Ograniczenia Niskiej Emisji PONE, który realizowany jest ze środków funduszy ochrony środowiska i gospodarki wodnej. Jednak większość środków z tego źródła przekazywane jest na modernizację budynków i wymianą starej instalacji grzewczej na nową. Jeśli budujemy nowy dom i chcemy wyposażyć go w kolektory, raczej nie uzyskamy dofinansowania z tego źródła.

Nie wszystkie gminy udzielają takiej pomocy finansowej. W takim przypadku można starać się o nisko oprocentowany kredyt na zakup systemu solarnego w Banku Ochrony Środowiska. Wymagane dokumenty, to: wypełniony wniosek kredytowy, dokumenty dotyczące zdolności kredytowej, dotyczące zabezpieczenia spłaty kredytu oraz akt własności nieruchomości. Każdy, kto posiada zdolność kredytową otrzyma taki kredyt.

Innym rodzajem dofinansowania, jest premia termoizolacyjna, która umożliwia spłatę 25% kredytu na realizację przedsięwzięć o charakterze termoizolacyjnym. Premii tej udziela Bank Gospodarstwa Krajowego.

Alternatywne źródła energii

Ciągle rosnące ceny energii elektrycznej, a także malejące zasoby tradycyjnych źródeł energii, sprawiły, że zaczęto na szerszą skalę korzystać z alternatywnych źródeł energii. Pod tym pojęciem kryją się źródła energii pierwotnej, czyli nie przetworzonej. Podstawowymi źródłami takiej energii jest woda, wiatr, Słońce, wody termalne, biomasa i biogaz. Największymi zaletami tego rodzaju źródeł energii jest ich stała odnawialność, a także brak negatywnego wpływu na środowisko.

Ludzie coraz częściej sięgają po tego rodzaju źródła energii, głównie przez wzgląd na środowisko, na stale pogłębiające się ocieplenie klimatu, które może wynikać także z procesów produkcji energii. Po te źródła energii sięga się także w związku z kończącymi się zasobami naturalnymi na kuli ziemskiej, takich jak ropa czy węgiel.

Alternatywne źródła energii pozyskiwane są niezależnie od dużych, instytucjonalnych dostawców, dzięki czemu, nie musimy być uzależnieni od dostawców, a także ponosić stale rosnące koszty pożytkowania energii. Energia wytworzona z odnawialnych źródeł, wykorzystywana może być zarówno do zasilania zakładów czy też miast, ale także gospodarstw domowych. Gigantyczne wiatraki, małe elektrownie wodne, ogrzewanie za pomocą wód geotermalnych czy też kolektory słoneczne na stałe wpisały się w krajobraz wielu państw, w tym także Polski.

W naszym kraju wykorzystuje się energię wyprodukowaną przy udziale promieniowania słonecznego, biomasy, energii geotermalnej, energii kinetycznej, która zgromadzona jest w sile wiatru oraz w wodzie. Jednak wszystkie źródła energii odnawialnej cieszą się ogromną popularnością na świecie. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się biomasa stała, która jest niezwykle wydajna energetycznie i charakteryzuje się znacznie niższą cenią w stosunku do paliwa pierwotnego.

Energia słoneczna

Względy ekonomiczne i ekologiczne skłaniają nie tylko zakłady przemysłowe, ale także właścicieli gospodarstw domowych i domów jednorodzinnych do sięgania po odnawialne źródła energii. Najbardziej powszechnym i najbardziej dostępnym alternatywnym źródłem energii jest energia słoneczna. Dlatego też, jak grzyby po deszczu, pojawiają się na dachach domów kolektory słoneczne.

Promieniowanie słoneczne, jest to strumień energii emitowany przez Słońce w sposób równomierny we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania słonecznego, które dociera ze słońca do ziemi, jest tzw. stała słoneczna. Jest to wartość gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni stratosfery i aktualnie wynosi 1,4 kW/m2.

Wbrew pozorom, na terenie naszego kraju i w naszym klimacie, montaż kolektorów słonecznych jest bardzo opłacalną inwestycją.

Energia pochodząca z promieniowania słonecznego może być wykorzystywana w dwojaki sposób. Pierwszy z nich, pasywny, polega na odpowiednim usytuowaniu i konstrukcji brył budynku, a także zastosowaniu materiałów. Drugim jest sposób aktywny, w którym wykorzystuje się odpowiednie urządzenia i rozwiązania technologiczne.

Energię słoneczną pozyskiwaną w sposób aktywny, można wykorzystać do produkcji energii cieplnej (do tego służą kolektory słoneczne), a także do produkcji energii elektrycznej (za pomocą ogniw fotowoltaicznych).

Na szerokości geograficznej, na jakiej znajduje się Polska, problemem nie jest nasłonecznienie czy też sama produkcja energii, lecz jej magazynowanie. Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce na płaszczyznę poziomą wynosi 950-1250 kWh/m2, a średnie nasłonecznie około 1600 godzin na rok. Najlepsze nasłonecznienie przypada na miesiące wiosenno-letnie: od kwietnia do września.

Leave a Comment

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *