Wybieramy kolektory słoneczne – rodzaje, ceny, opinie, wydajność, porady

Opublikowano: 01.12.2023Autor: Stanisław KozłowskiDrukujUdostępnij

Kolektory słoneczne – działanie i obszary zastosowania

Ciepło z promieniowania słonecznego, czyli wykorzystanie energii odnawialnej

Kolektory słoneczne (albo też kolektory ciepła, solary) są urządzeniami do zamiany energii słonecznej na energię cieplną. Używając jakiejś popularnej, chociaż obco brzmiącej nazwy – jak choćby kolektor solarny - nie zastanawiamy się często nad jej etymologią, co może prowadzić do nieporozumień i rażących błędów. Otóż łacińskie słowo sol = słońce, a colligere = zbierać. Spotykany nie tak rzadko zwrot „solary słoneczne” jest więc niczym innym jak pleonazmem, tak samo nielogicznym, jak „akwen wodny” albo „cofanie do tyłu”.

Kolektor słoneczny jest głównym elementem urządzeń termicznych, które czerpią energię z promieniowania słonecznego. Składa się w zasadzie z następujących części:

• absorber – pochłania światło słoneczne i przetwarza je w ciepło. Najprostszym absorberem była pomalowana na czarno metalowa płyta. Obecnie kolektory ciepła są wyposażone w absorbery z powłoką galwaniczną z czarnego niklu, chromu albo miedzi, albo z napylaną powłoką z tlenku tytanu.
• wymiennik ciepła – pochłaniane ciepło jest przekazywane do znajdującego się najczęściej w miedzianych rurkach roztworu glikolu. Płyn w zamkniętym obiegu przejmuje ciepło od absorbera i transportuje je do zbiornika magazynującego ciepłą wodę.
• izolacja – od spodu zabezpiecza kolektor przed stratą ciepła. Górna strona kolektora musi pozostać przezroczysta i jest pokryta hartowanym szkłem albo przezroczystym tworzywem sztucznym. Szyba osłaniająca ekrany solarne stwarza ponadto efekt szklarniowy, podnosząc temperaturę płynu.
• pompa cyrkulacyjna – daje wymuszony obieg płynu, poprawiając efektywność instalacji.
• automatyka sterująca – na podstawie sygnałów z czujników temperatury steruje pompą cyrkulacyjną.

Szukasz firmy, która wykona u ciebie instalację z kolektorami lub panele fotowoltaiczne? Wypełnij ten formularz, a otrzymasz oferty najlepszych specjalistów z twojej okolicy.

Różnorodne zastosowanie ciepła z systemów solarnych

Kolektory słoneczne mogą być przydatne nie tylko do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Oto kilka przykładów:

• solarne przygotowanie ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) – od dawna stosowane rozwiązanie podgrzewania wody na domowy użytek. Latem umożliwia nawet całkowite zaspokojenie potrzeb przy zastosowaniu jednego albo więcej kolektorów słonecznych.
• ogrzewanie słoneczne – solary wodne, czyli ekrany słoneczne podgrzewające wodę, mogą użyte również do ogrzewania domu, a przynajmniej do wspomagania instalacji grzewczej (do c.o.). Roczny zysk w skali roku jest większy, przede wszystkim w przypadku zastosowania ogrzewania niskotemperaturowego, na przykład podłogowego w dobrze izolowanych budynkach.
• ciepło w procesach przemysłowych – systemy solarne mogą być zastosowane w zakładach przemysłowych, które przez cały rok mają duże zapotrzebowanie na ciepło. Koszty w ten sposób wytworzonego ciepła są niższe niż pochodzącego kopalnych nośników energii.
• urządzenia klimatyzacyjne – wykorzystanie kolektorów słonecznych do napędzanie urządzeń klimatyzacyjnych brzmi bardzo interesująco, ponieważ te są najbardziej potrzebne właśnie w słonecznych miesiącach letnich. Ciepło słoneczne, z reguły w wysokich temperaturach, co najmniej 70°C, jest użyte w chłodziarkach absorpcyjnych.
• elektrownie słoneczne – specjalne kolektory słoneczne, przede wszystkim kolektory paraboliczne, są wykorzystywane do wytwarzania prądu elektrycznego. Energia słoneczna jest najpierw zamieniana w ciepło, a następnie turbiny parowe przetwarzają energię mechaniczną w generatorach na elektryczną.

Wybór typu i wielkości kolektora słonecznego

Uwarunkowania wpływające na wydajności kolektorów ciepła w ciągu roku

Uzyskanie energii cieplnej w ilości 400 do 600 kWh/m² w ciągu roku jest przy użyciu kolektorów słonecznych całkiem realne, ale zależne od wielu czynników. Grzewacze wody, czyli solary wodne, pracują w bardzo różnych warunkach, a wydajność ich pracy jest uwarunkowana wieloma czynnikami. Do najważniejszych w skali roku należą:

• Różnice między poszczególnymi typami kolektorów.
• Warunki klimatyczne.
• Ukierunkowanie i ustawienie; optymalne jest skierowanie ekranów na południe, przy kącie pochylenia 45°. Stosując kolektory wspomagająco do c.o. korzystniej jest zastosować większy kąt.
• Zacienienie przez inne budynki albo drzewa, jak również mocne zanieczyszczenie powietrza. Zauważono, że zmniejszenie wydajności może być wyraźnie większe, niż redukcja nasłonecznienia.
• Im wyższa jest temperatura czynnika przesyłanego przez grzewacze, tym większe są straty ciepła. Z tego względu solarne wspomaganie systemu ogrzewania jest znacznie bardziej wydajne niż podgrzewanie wody użytkowej, szczególnie jeśli stosuje się centralne ogrzewanie niskotemperaturowe.

Różne bywają też koszty instalacji kolektorów słonecznych. Ceny najtańszych zaczynają się od około 1000 zł, a ceny wysokiej jakości kolektorów sięgają co najmniej 6000 zł za sztukę. Z kolei cena zestawu solarnego wynosi od 6000 zł do 20 000 zł i więcej.

Na solary nie zawsze musi świecić słońce

Maksymalne promieniowanie słoneczne dociera do kolektorów ciepła przy bezchmurnym niebie, co nie oznacza, że zanika bez śladu w dni pochmurne. W zależności od pogody można liczyć na następujące wartości energii:

• słoneczna pogoda – 100%;
• niewielkie zachmurzenie – 60%;
• duże zachmurzenie – 30%;
• całkowite zachmurzenie, słaba przejrzystość powietrza – 10%.

Najbardziej popularne jest instalowanie kolektorów słonecznych na dachu budynku. Można je również ulokować na południowej ścianie albo w formie wolno stojącej. Gdyby nachylenie dachu było zbyt małe, trzeba zastosować montaż solarów na podporach. Koszty kolektorów słonecznych nie należą do najniższych, niemniej jednak cena zestawu nawet rzędu kilkunastu tysięcy złotych może się w ciągu kilku lat zwrócić – nie wspominając o korzyściach dla środowiska. 

Typy kolektorów słonecznych w zależności od konstrukcji

Kolektory płaskie

Szczególnie często stosowana forma kolektora z płaskim absorberem z zaczernionego metalu (płytki aluminiowe albo miedziane). Niżej umocowane są rurki z czynnikiem grzewczym. Szyba solarna osłaniająca płytę absorbująca wykonana jest zwykle z hartowanego szkła o grubości 4 mm. Rzadziej stosuje się tworzywo sztuczne, jako że jest ono mniej wytrzymałe i ma krótszą żywotność. Szyba nie tylko zapobiega ucieczce gorącego powietrza znad absorbera, ale nie przepuszcza też promieniowania cieplnego na zewnątrz.

Zaletą kolektorów płaskich jest wysoka sprawność optyczna, natomiast wadą – znaczne straty ciepła przy niskiej temperaturze powietrza.

Kolektory próżniowo-rurowe

Składają się dużej liczby rur próżniowych, otoczonych metalowymi reflektorami. Odbijają one światło słoneczne na rury zawierające ciemny absorbent. Ten typ wykazuje niższą sprawność grzewczą zimą, kiedy szklane rury pokryją się lodem. Natomiast ich wytrzymałość na czynniki pogodowe nie ustępuje kolektorom płaskim.

Kolektory próżniowe płaskie

Są mniej popularne od poprzednich dwóch typów. Absorber występuje tutaj jak w zwykłym kolektorze płaskim, jednak izolacja cieplna jest realizowana poprzez próżnię. Możliwe i konieczne jest okresowe odnawianie próżni przy pomocy pompy próżniowej.

Kolektory powietrzne

Czynnikiem przenoszącym ciepło jest powietrze zamiast wody. Otrzymane ciepłe powietrze może być podawane bezpośrednio do budynku i jednocześnie służyć do wentylacji, kiedy pochodzi z zewnątrz. Innym zastosowaniem może być wentylowanie i osuszanie budynków albo produktów rolnych.

Korzyści z instalacji systemu solarnego

Aby uniknąć nieporozumień, należy podkreślić, że kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne mają zupełnie różne przeznaczenie. Chociaż mogą z daleka wyglądać podobnie, to te pierwsze wykorzystują energią słoneczną do bezpośredniego podgrzewania wody, natomiast drugie – zamieniają promieniowanie słońca w energię elektryczną.

Kolektory słoneczne podgrzewają wodę użytkową, wodę w instalacji c.o. albo w basenie. Raz inwestując w system solarny, można przez długie lata korzystać z czystej energii słonecznej.