Autoryzowany partner

Zadaniem kolektora słonecznego jest zamiana energii słonecznej pozyskanej z promieniowania bezpośredniego, rozproszonego i odbitego na energie cieplną.

Zasada działania kolektora słonecznego:

1. Promieniowanie słoneczne ogrzewa znajdujący się w kolektorze absorber. Absorber pochłania energie słoneczną i zamienia ją na ciepło. W kolektorach stosowane są dwa rodzaje absorberów: selektywny i nieselektywne. Absorber nieselektywny dobrze pochłania promieniowanie słoneczne, ale też traci dużo energii poprzez wypromieniowanie ciepła z jego powierzchni. Absorber selektywny bardzo dobrze pochłania promieniowanie słoneczne (95% padających promieni słonecznych) przy bardzo małych stratach energii cieplnej. Absorber selektywny to specjalnie opracowana powłoka dla celów energetyki słonecznej.
2. Do absorbera przyspawane są rurki miedziane w których płynie płyn solarny (mieszanina glikolu z wodą i związków uszlachetniających – nie zamarzający). Czynnik grzewczy odbiera energie cieplną zgromadzoną na powierzchni absorbera.
3. Ogrzany płyn przepływa do zasobnika ogrzewając zgromadzoną w nim wodę.
4. Po wychłodzeniu wraca do kolektora ponownie się ogrzewa i powtarza cały cykl wielokrotnie.

Co wpływa na sprawność kolektora?

Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez płyn solarny do ilości promieniowania słonecznego docierającego do kolektora słonecznego. Sprawność kolektora płaskiego znacznie spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy płynem solarnym a otoczeniem. Dlatego w naszej strefie klimatycznej tak ważna jest odpowiednia izolacja termiczna. Grubość materiału izolacyjnego powinna być taka sama jak stosowana w budownictwie. Różnica temperatur na sprawność nie ma wpływy w przypadku kolektorów rurowych próżniowych. Próżnia jest najlepszym izolatorem termicznym stąd też straty ciepła są tu znikome.

Na sprawność kolektora ma wpływ ustawienie względem stron świata. Najbardziej wydajne są urządzenia ustawione w kierunku południowym. Sprawność spada wraz ze wzrostem kąta odchylenia od południa, co przedstawia poniższy rysunek.

Wynika z niego, że odchylenie kolektora o 15º na zachód lub wschód powoduje nieznaczne obniżenie jego sprawności. Przy większym odchyleniu sprawność urządzenia znacznie spada i aby uzyskać odpowiedni efekt grzewczy należy zwiększyć powierzchnię zainstalowanych kolektorów.

W kolektorach rurowych próżniowych o płaskim absorberze możliwe jest indywidualnie dopasować kierunek ustawienia absorbera w każdej z rur osobno. Dlatego urządzenia te mogą mieć większe dopuszczalne odchylenia od kierunku południowego bez spadku ich sprawności.

.Dla wydajności kolektora duże znaczenie ma również kąt jego ustawienia. Najlepsze efekty uzyskamy, gdy promienie będą padać prostopadle do jego powierzchni. Ponieważ położenie Słońca zmienia się w ciągu roku, także optymalny kąt nachylenia kolektora nie jest stały: w lecie wynosi ok. 30°, a zimą ok. 60°. Kolektory, które mają pracować tylko latem, można ustawić pod kątem 30°, całoroczne pod kątem 45°. Zmiana nachylenia kolektora zamontowanego na połaci dachu nie jest możliwa, ale przy różnicy między 35° a 50° sprawność kolektora spada w bardzo niewielkim stopniu.

Czy kolektor zawsze działa?

Kolektory słoneczne wykorzystują promieniowanie bezpośrednie jak i rozproszone. Stosunek rodzaju promieniowania w ciągu roku zmienia się i latem 54% ogółu to promieniowanie bezpośrednie, gdy zimą 74% stanowi promieniowanie rozproszone. Udział w stosunku rodzaju promieniowania zmienia się także w ciągu dnia. W grudniu całkowita wartość promieniowania wynosi ok. 80 W/m², w kwietniu i wrześniu ok. 500 W/m², a w czerwcu i lipcu ok. 1000 W/m². Kolektor zaczyna działać po przekroczeniu wartości progowej promieniowania słonecznego, która zależy od jego budowy. W kolektorach z samym absorberem bez osłon wartość progowa wynosi ok. 210 W/m² z osłonami ok. 70-90 W/m². Zastosowanie powłok selektywnych na absorberze pozwala obniżyć wartość progową do ok. 50 W/m² dla kolektorów płaskich i 20 W/m² dla kolektorów próżniowych.

Gdzie zamontować kolektor?

Miejsce montażu nie może być zacienione przez drzewa, krzaki lub budynki. Kolektory można montować na dachach budynków, ich ścianach bocznych, lub jako urządzenia wolnostojące w ogrodzie.

Najczęściej kolektory słoneczne montuje się na dachu budynku. Można w ten sposób zainstalować każdy rodzaj kolektora nie tylko w czasie udowy domu, ale także po zakończonych pracach budowlanych. Zaletą takiego sposobu instalacji jest niższy koszt instalacji, krótszy czas montażu oraz „wolny” kawałek działki, który można przeznaczyć na inny cel. W dach można wbudować tylko kolektory płaskie, jeżeli nachylenie wynosi co najmniej 25º. Należy pamiętać, że taki sposób montażu jest droższy z powodu konieczności zabezpieczenia połaci dachowej przed dostawaniem się wody do wnętrza budynku. Kolektory montowane na dachach płaskich można optymalnie ustawić w kierunku południowym.

Kolektory rurowe typu heat-pipe muszą być zamontowane z minimalnym nachyleniem 20°.

Do czego służy obieg solarny

Jego zadaniem jest doprowadzenie ciepła z kolektorów do zbiornika z wodą, w którym będzie ono magazynowane.

Układ solarny składa się z kolektorów, przewodów rurowych, układu pompowego, naczynia przeponowego zapewniającego bezpieczne działanie instalacji solarnej i zbiornika z wymiennikiem ciepła.

Duży wpływ na sprawność instalacji mają przewody rurowe i zasobnikowy wymiennik ciepła.

• Przewody rurowe. Długość rur między zasobnikiem a kolektorem powinna być możliwie jak najkrótsza – wtedy straty ciepła przy przepływie ogrzanego czynnika z kolektora do zasobnika będą najmniejsze. Wszystkie rury trzeba odpowiednio zaizolować (tu jest źródło dużych strat ciepła!), elementy gumowe, np. uszczelki, przepony muszą być odporne chemicznie.
• Zasobnikowy wymiennik ciepła. Kolektor dostarcza ciepło najczęściej wtedy, gdy go nie potrzebujemy, czyli w ciągu dnia. A ciepłą wodę zużywamy zazwyczaj po południu i wieczorem. Żeby więc energię wyprodukowaną w ciągu dnia można było wykorzystać wieczorem, trzeba zgromadzić ją w zasobniku solarnym. Dlatego dobrze jest zainwestować w trochę większy zbiornik, żeby tej zmagazynowanej gorącej wody było jak najwięcej.

Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie zbiornika dwu-wężownicowego. Znajdują się w nim dwa wymienniki ciepła (dwie wężownice). Do dolnej wężownicy podpina się układ solarny, a drugiej górnej kocioł centralnego ogrzewania. Ten sposób podłączenia gwarantuje nam ciepłą wodę przez cały rok. Latem kiedy sprawność kolektorów jest wysoka woda będzie ogrzewana przez Słońce. Zimą woda będzie dogrzewana przez kocioł centralnego ogrzewania. Przy wyborze zbiornika warto zwrócić uwagę na wbudowaną grzałkę elektryczną, która może podgrzać wodę w dni pochmurne o kilka stopni. Warto również zainwestować w większy zasobnik. Instalacja solarna ma nam służyć wiele lat, więc na wybór zbiornika powinniśmy patrzeć przyszłościowo, gdzie zużycie ciepłej wody może znacznie wzrosnąć. Większy zbiornik to też „magazyn” ciepłej wody zgromadzonej w dni słoneczne, którą możemy wykorzystać w kolejne pochmurne dni.

Jak dobrać odpowiednią powierzchnię kolektora?

Projektując instalacje solarną do podgrzewania wody użytkowej należy założyć że będzie ona pokrywała 60 – 70% zapotrzebowania na ciepłą wodę w skali roku. W okresie letnim solary powinny zapewnić ok. 95% ciepłej wody.

Orientacyjna wielkość kolektora powinna wynosić:

• płaskiego o powierzchni 1–1,5 m² na 1 osobę,
• rurowego o powierzchni 0,6–0,8 m² na 1 osobę,

Jeżeli instalacja solarna ma wspomagać instalację centralnego ogrzewania zakłada się że będzie ona pokrywać 20-30% zapotrzebowania na ciepło. Przyjmuje się, że na 1 m² budynku przypada od 0,3 do 0,5 m² powierzchni kolektora.

W przypadku ogrzewania wody basenowej kolektory powinny mieć powierzchnię odpowiadającą mniej więcej:

• krytym – ok. 40% powierzchni jego lustra wody,
• otwartym – ok. 70% tej powierzchni.

Jeżeli przykładowo basen ma wymiary 5 x 10 m, kolektory powinny mieć powierzchnię:

• 20 m² do basenu krytego,
• 35 m² – do otwartego.

Czym wypełnić instalację solarną?

Najprostszym i najbardziej efektywnym czynnikiem pośredniczącym w wymianie energii między absorberem, a zasobnikiem jest woda. Koszty napełnienia nią instalacji są nie wielkie i ma ona największą pojemność cieplną w stosunku do swej objętości. Jej wadą jest temperatura zamarzania co powoduje że może być stosowana tylko w domkach letniskowych i przed zimą powinna być spuszczona z układu.

W przypadku instalacji działających cały rok należy stosować płyny niezamarzające zimą. Najlepsze są gotowe roztwory glikolu, które zawierają odpowiednie inhibitory korozji i biocydy, które zapobiegają rozwojowi bakterii i glonów w instalacji.

Czy kolektor ogrzeje dom?

Firmy sprzedające i instalujące kolektory słoneczne proponują wykorzystywanie ich nie tylko do podgrzewania c.w.u., ale także wody na cele c.o. Jest to możliwe jedynie w instalacjach niskotemperaturowych (zwłaszcza ogrzewania podłogowego), których czynnik grzewczy może mieć temperaturę około 40°C. Jednak potrzebne są wtedy kolektory o znacznie większej powierzchni i bardziej skomplikowanej instalacji niż w przypadku przygotowania ciepłej wody. Jest to rozwiązanie godne polecenia, ale tylko dla osób, które stać na taki wydatek. Należy pamiętać że taka instalacja będzie pracować jako pomoc do drugiego źródła ogrzewania, którym może być tradycyjne ogrzewanie lub też niekonwekcjonalne takie jak pompa ciepła.