Kolektory słoneczne

 

Systemy energetyki słonecznej dzięki znacznemu postępowi w zakresie konstrukcji, materiałów i samych technologii słonecznych coraz sprawniej i bardziej niezawodnie spełniają różnorodne wymagania grzewcze. Do niedawna technologie uznawane za nieefektywne w krajach o gorszych warunkach nasłonecznienia, takie jak systemy słoneczne stosowane do ogrzewania pomieszczeń, są obecnie coraz powszechniej stosowane i to nie tylko dzięki postępowi technologicznemu w energetyce słonecznej (zmniejszenie strat cieplnych z kolektora, a dzięki temu wyższa sprawność chwilowa i długoterminowa), ale i w budownictwie (ograniczenie strat cieplnych z budynku, a dzięki temu zmniejszenie zapotrzebowania na energię do ogrzewania pomieszczeń, oraz ogrzewanie niskotemperaturowych systemów grzewczych pomieszczeń).

Zasoby energii słonecznej w Polsce wynoszą ok. 1000 kWh/m2/rok. Najwyższe nasłonecznienie wynoszące ok. 1050 kWh/m2/rok występuje w południowej części województwa lubelskiego. W centralnej Polsce nasłonecznienie wacha się od 1022 – 1048 kWh/m2/rok. Najniższe nasłonecznienie wynoszące nieco poniżej 1000 kWh/m2/rok występuje na północy Polski, w centralnej części województwa śląskiego, południowej części województwa dolnośląskiego, południowej części Podkarpacia. Nasłonecznienie charakteryzuje zasoby energii słonecznej ,natomiast natężenie promieniowania słonecznego charakteryzuje chwilowe warunki pracy dla urządzeń wykorzystujących energię słoneczną.

Zasada działania kolektorów słonecznych

Promieniowane słoneczne pada na powierzchnię (absorber), która pochłania energię tego promieniowania. Kolektory pobierają energię z promieniowania bezpośredniego, odbitego i rozproszonego.

Do absorbera przymocowane są przewody, w których w układzie zamkniętym krąży tzw. czynnik roboczy (najczęściej – niezamarzający płyn na bazie glikolu), który po odebraniu energii cieplnej z absorbera transportuje ją do budynku, gdzie jest wykorzystana do wstępnego ogrzania np. wody użytkowej.

Źródło: http://www.budujemydom.pl/kolektory-sloneczne/8412-zasada-dzialania-kolektora-slonecznego

Kolektory charakteryzują się różną sprawnością przekształcania energii w zależności od nasłonecznienia - pory roku, pory dnia, warunków atmosferycznych. Latem mogą w 100% pokrywać zapotrzebowania na energię niezbędną do ogrzania wody użytkowej, natomiast poza sezonem letnim zwykle, w celu uzyskania wymaganej temperatury, wodę trzeba dogrzać w piecu na paliwa tradycyjne. Oznacza to, że montaż kolektora słonecznego nie eliminuje konieczności posiadania drugiego źródła ogrzewania wody, jednakże znacznie obniża koszty ponoszone na zakup paliwa. Należy zaznaczyć, że w tej chwili instalacje z kolektorami słonecznymi stosuje się do działania przez cały rok. Jeżeli system słoneczny ma funkcjonować jedynie w okresie lata wystarczające jest stosowanie jedynie absorberów słonecznych (basenowych), które mogą być układane poziomo bezpośrednio na ziemi.

Typy kolektorów słonecznych odpowiednie dla polskich warunków klimatycznych:

  • płaskie kolektory cieczowe z selektywną powłoką absorberów,
  • niskotemperaturowe kolektory bez pokryć, tzw. absorbery basenowe (bez pokryć selektywnych) w postaci czarnych mat pochłaniających lub elastycznych rur ożebrowanych;
  • kolektory próżniowe w tym: kolektory próżniowe rurowe; kolektory próżniowe z rurami  ciepła; kolektory z wysokim podciśnieniem płasko-powierzchniowe.

Kolektor słoneczny jest wymiennikiem ciepła, który odbiera energię promieniowania słonecznego z otoczenia i przekazuje ją czynnikowi roboczemu cyrkulującemu w kolektorze. Aby zyski cieplne z energii promieniowania słonecznego były jak największe kolektory słoneczne powinny być odpowiednio usytuowane, pochylone i zorientowane. Wskazane jest stosowanie kolektorów zintegrowanych z połacią dachu, co znacznie ułatwia proces montażu kolektorów w nowych budynkach, a w budynkach istniejących może być stosowane przy modernizacji dachu. Również ze względu na to, że straty ciepła są mniejsze niż w przypadku kolektorów ułożonych na powierzchni dachu. Przy odpowiednich warunkach nasłonecznienia, zdeterminowanych pochyleniem, orientacją i brakiem zacienienia kolektorów, nawet znaczne powierzchnie dachu mogą być przeznaczone pod instalacje z kolektorami słonecznym. Przykładem jednej z większych miejskich instalacji słonecznych jest system grzewczy na budynku wielorodzinnym w Friedrichshafen w Niemczech, o całkowitej powierzchni kolektorów słonecznych wynoszącej 5600 m2. Obecnie duże instalacje krajowe maja po kilkaset metrów kwadratowych.

W systemach podgrzewania wody użytkowej  zalecane są do stosowania  systemy aktywne z kolektorami słonecznymi (cieczowe płaskie z selektywną powłoką absorbera lub rurowe próżniowe). Jeżeli słoneczny system grzewczy jest dobrze zaprojektowany może on w skali całego roku spełnić około 60 - 65% wymagań grzewczych użytkownika w naszych warunkach klimatycznych. Przy sezonowym, letnio - wiosennym, działaniu systemu słonecznego wspomniany udział jest znacznie wyższy i w najcieplejszych miesiącach letnich może wynosić powyżej 90%. W niektórych sezonowych zastosowaniach niskotemperaturowych np. w rolnictwie, rekreacji, w odkrytych basenach kąpielowych, udział energii promieniowania słonecznego może wynosić nawet 100%.

Kolektory próżniowe pracują nawet przy względnie niskim poziomie nasłonecznienia i w skali roku mogą dostarczać około 650 kWh/m2 ich powierzchni, natomiast większość płaskich kolektorów słonecznych dostarcza w warunkach krajowych około 450 kWh/m2. Kolektory słoneczne (płaskie i próżniowe) funkcjonujące w cyklu całorocznym muszą być wspomagane przez konwencjonalne źródło ciepła.

Oprócz zwykłych kolektorów próżniowych, w których czynnikiem transportującym ciepło jest woda, w sprzedaży są też kolektory z rurami ciepła. Podstawową cechą tych kolektorów jest to, że kanały przepływowe w płycie absorbera wypełnione są czynnikiem chłodniczym. W działaniu tych kolektorów wykorzystywane są zjawiska zmiany stanu skupienia czynnika roboczego - chłodniczego (z reguły freonu). Kolektory te funkcjonują efektywniej niż wodne kolektory próżniowe, a tym bardziej niż kolektory płaskie przy niewielkim nasłonecznieniu i w zakresie niskich temperatur powietrza atmosferycznego, co jest bardzo korzystne w naszych warunkach klimatycznych.

Można oszacować, że obecnie działają w kraju aktywne systemy słoneczne o łącznej powierzchni kolektorów słonecznych ponad 50.000 m2 (wodnych, głównie do podgrzewania wody użytkowej), natomiast powietrznych - głównie do celów suszarniczych jest kilka tysięcy. Przy średniej wydajności cieplnej kolektorów słonecznych na poziomie 400 kWh/m2 a, przypuszczalna wyprodukowana przez systemy aktywne z kolektorami słonecznymi energia do celów grzewczych wynosi około 20 GWh/a.

Występuje szereg różnego typu systemów słonecznych, których zastosowanie jest związane z warunkami nasłonecznienia występującymi w miejscu lokalizacji systemu i przeznaczeniem systemu oraz spodziewanymi warunkami odbioru energii. W zależności od funkcji danego systemu słonecznego, jego konstrukcja może być mniej lub bardziej skomplikowana. Współczesna energetyka słoneczna to zarówno rozwiązania  instalacyjne, jak i koncepcja architektoniczna budynku, jego ustrój, zastosowane materiały budowlane, lokalizacja i usytuowanie budynku oraz jego otoczenie.

 

Literatura:

„Ocena Strategii rozwoju energetyki odnawialnej oraz kierunki rozwoju wykorzystania energii słonecznej wraz z propozycją działań”, NFOŚiGW, Warszawa 2005.

 

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Priorytetu IX Infrastruktura energetyczna przyjazna środowisku i efektywność energetyczna; Działanie 9.3. Termomodernizacja obiektów użyteczności publicznej

Created by Diamond Studio Webdesign