Instalacje solarne rozumiane jako układy z kolektorami słonecznymi, czyli urządzeniami przetwarzającymi energię słoneczną na cieplną, choć przydatne, w zastosowaniach komercyjnych wypierane są obecnie przez fotowoltaikę. Korzyść z montażu ogniw PV w postaci wygenerowanej energii elektrycznej, a także jej poboru z sieci na preferencyjnych warunkach, przewyższa ograniczone do ciepła zyski z kolektorów.
Instalacje solarne w Polsce – popularne zastosowania
Choć kolektory słoneczne w naszym klimacie nie są w stanie dostarczyć energii cieplnej w takiej ilości jak w strefach nieco bardziej słonecznych i odznaczających się większym naświetleniem, używa się ich jednak zarówno w zastosowaniach indywidualnych (w domach prywatnych), jak i komercyjnych w celu:
- podgrzania c.w.u oraz wody basenowej,
- wspomagania konwencjonalnego ogrzewania i chłodzenia budynków,
- uzyskania ciepła technologicznego.
W nielicznych zastosowaniach przemysłowych tam, gdzie istnieje zapotrzebowanie na ciepło technologiczne przy stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na energię elektryczną, duże instalacje solarne mają uzasadnienie ekonomiczne. W domach prywatnych natomiast, oraz wszędzie tam, gdzie istotna jest oszczędność związana z poborem energii elektrycznej, zdecydowanie bardziej opłacalna jest fotowoltaika.
Instalacja solarna – schemat działania
Kolektor słoneczny zainstalowany w miejscu o najlepszej ekspozycji na słońce (może to być dach budynku, lecz nie musi), absorbuje promieniowanie słoneczne. Światło słoneczne pada na absorber (element pochłaniający promieniowanie) zespolony z systemem rurek przewodzących czynnik zbierający ciepło. Rurki doprowadzają czynnik do kolektora, a następnie odprowadzają go systemem rur do odpowiedniego zbiornika, np. zasobnika wody w przypadku podgrzewania wody użytkowej.
Dzięki odpowiedniej budowie oraz pozostałym komponentom instalacji, kolektor efektywnie przetwarza energię słoneczną na energię cieplną, która może posłużyć do podgrzania wody użytkowej lub technologicznej a także wspomóc system ogrzewania albo chłodzenia budynku.
Instalacja solarna – projekt
Zainstalowanie kolektorów słonecznych warto zlecić wyspecjalizowanej firmie, która najpierw dokona oględzin i przedstawi wycenę. Kolejnym krokiem będzie projekt, a następnie montaż instalacji.
Projekt instalacji obejmuje opis techniczny, obliczenia oraz rysunki. Typowa instalacja solarna zawiera następujące urządzenia, dokładnie opisane i odpowiednio dobrane w projekcie:
-
- kolektory słoneczne – projektant dobiera rodzaj kolektorów, ich parametry, zakłada odpowiednią sprawność, wyznacza własności konstrukcyjne oraz temperaturę pracy,
- układ automatyki dobrany do wymagań instalacji obejmuje takie parametry jak m. in. schładzanie kolektorów po przekroczeniu temperatury dopuszczalnej,
- zasobnik pojemnościowy ciepłej wody – materiał i technologia wykonania, określenie ciśnienia roboczego, izolacja, pojemność,
- armatura zabezpieczająca – specyfikacja zaworów bezpieczeństwa, naczyń przeznaczonych do czynnika roboczego, ciśnień roboczych,
- solarna grupa pompowa – specyfikacja wyposażenia. Najczęściej grupa pompowa obejmuje przepływomierz, pompę obiegu solarnego, zawory zwrotne, termometry oraz zawory odcinające,
konstrukcje wsporcze do montażu kolektorów słonecznych, - czynnik roboczy (najczęściej roztwór glikolu).
Montaż instalacji solarnej. Instalacja kolektorów nie jest szczególnie skomplikowaną czynnością, wymaga jednak przestrzegania przepisów BHP związanych z robotami wysokościowymi (jeśli kolektory instalowane są na dachu), a także doświadczenia w podobnych pracach, dlatego najlepiej zlecić ją wykwalifikowanym fachowcom. Niektórzy producenci dopuszczają samodzielny montaż kolektorów, jednak inni wymagają przeprowadzenia robót przez przeszkolonych monterów pod rygorem utraty gwarancji. Zawsze warto więc upewnić się co do zasad montażu przed dokonaniem wyboru producenta.
Instalacje solarne – budowa kolektorów
Oferowane na rynku kolektory słoneczne to kolektory płaskie, próżniowe oraz skupiające. Słoneczne kolektory płaskie występują jako cieczowe oraz gazowe – czynnik zbierający ciepło ma postać cieczy lub gazu. Kolektory próżniowe są kolektorami rurowymi w postaci rur odrębnych lub połączonych ze sobą ściankami. Chociaż zasada działania wszystkich kolektorów słonecznych jest taka sama, to różnice w budowie są dość znaczne.
Płaskie kolektory słoneczne składają się z:
- przezroczystego pokrycia chroniącego głębsze warstwy urządzenia przed szkodliwym wpływem warunków atmosferycznych,
- absorbera – warstwy absorbującej energię słoneczną,
- wymiennika ciepła – orurowania w postaci równoległych rurek przylutowanych do absorbera,
- izolacji chroniącej wymiennik przed utratą ciepła,
- obudowy.
Słoneczne kolektory rurowe zbudowane są z równolegle ułożonych, szklanych rur próżniowych, zainstalowanych nad absorberem. Pod absorberem znajduje się blacha, a wzdłuż każdej rury przebiega rurka (zwykle miedziana), wypełniona czynnikiem roboczym. Rurę szklaną montuje się na lustrze parabolicznym zapewniającym najwyższy stopień wykorzystania absorbera. Cały układ zamknięty jest w izolowanej skrzyni zbiorczej, która mieści również oprzewodowanie do transportu czynnika grzewczego.
Odmienną grupą są kolektory skupiające, które wyposażone są w sensor śledzący pozorny ruch słońca w ciągu dnia. Dzięki zdolności obrotu, „podążają za słońcem” tak, żeby absorbery mogły pochłaniać jak największą ilość promieniowania słonecznego.
Żywotność i sprawność instalacji solarnej
Żywotność oraz sprawność instalacji solarnej w uproszczeniu można sprowadzić do czasu zadowalającej zdolności przetwarzania energii słonecznej na cieplną. Żywotność kolektorów płaskich określa się na ponad 25 lat, natomiast trwałość próżniowych kolektorów słonecznych jest nieco ponad dwudziestoletnia, przy czym ich wydajność w stosunku do płaskich odpowiedników jest wyższa. Niestety wyższa jest również ich cena, przy niższej wytrzymałości mechanicznej.
Sprawność kolektora określa się jako stosunek wolumenu energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni czynnej kolektora. Sprawność kolektorów wykazuje spadek w stosunku do wzrostu różnicy temperatur pomiędzy otoczeniem a absorberem. Dobra izolacja absorbera oraz jego niska temperatura przyczynia się do poprawienia sprawności kolektora (im mniejsza różnica pomiędzy temperaturą na zewnątrz a temperaturą absorbera, tym lepsza sprawność). Kolektory słoneczne w porównaniu z ogniwami fotowoltaicznymi odznaczają się bardzo dobrą sprawnością. O ile w drugim przypadku parametr ten na poziomie ponad 20% jest określany jako dobry, o tyle próżniowe kolektory słoneczne potrafią zapewnić sprawność aż 50 – 70 %.
Podsumowanie
Kolektor słoneczny to urządzenie, które służy konwersji energii słonecznej na ciepło. Montaż kolektorów rozważa się w celu ograniczenia kosztów energii cieplnej konwencjonalnej. Przy obecnych cenach energii elektrycznej, możliwościach dofinansowania zakupu paneli PV oraz malejących kosztach związanych z instalacją fotowoltaiczną, w większości przypadków korzystniej jest jednak zdecydować się na system ogniw słonecznych niż kolektorów.