Odnawialne źródła energii, to zdecydowanie popularny oraz modny temat w ostatnim czasie. Nie tylko pod kątem oszczędności, które możemy zaobserwować na comiesięcznych rachunkach, ale też ze względu na rosnącą świadomość ekologiczną i chęć poprawy powietrza, którym oddychamy. Panele słoneczne na stałe zagościły w naszym krajobrazie i z każdym dniem przybywa takich instalacji. A jak to jest z kolektorami słonecznymi? Czy mogą zaspokoić całe zapotrzebowanie na ciepłą wodę? Może muszą współpracować z dodatkowym źródłem ciepła? Czy opłaca się wykorzystywać energię słoneczną do ogrzewania wody w naszym domu? Oczywiście, że tak! Jednak zacznijmy od początku.
Czym są kolektory słoneczne?
Kolektory słoneczne, tak samo jak panele fotowoltaiczne, do swojego działania potrzebują promieniowania słonecznego. Z daleka wyglądają podobnie i w zasadzie podobieństwa się tutaj kończą. Energia pozyskiwana z paneli słonecznych zamieniana jest w prąd stały, a następnie dzięki inwerterowi w prąd zmienny o napięciu 230 V. Tak uzyskaną energię elektryczną możemy, możemy wykorzystać w dowolnym celu – oczywiście również do ogrzania wody. Kolektory słoneczne natomiast absorbują promieniowanie słoneczne, a zawartą w nim energię wykorzystują do produkowania ciepła. Wytworzone w ten sposób ciepło wykorzystywane jest następnie do dostarczania nam C.W.U., wspomagania ogrzewania C.O. czy nawet ogrzewania wody w basenie.
Jak działają kolektory słoneczne?
Kolektor słoneczny wykorzystuje ciepło promieniowania słonecznego. Obieg solarny ma doprowadzać ciepło z kolektora do zasobnika, gdzie zostaje ono magazynowane. W skład instalacji obiegu solarnego wchodzą kolektory, przewody rurowe, zestaw pompowy oraz urządzenia zabezpieczające. Gdy na solary słoneczne pada promieniowanie, umieszczony w nich absorber pochłania je i przekształca w ciepło. Absorber to nic innego jak płyta pokryta substancją o dużym współczynniku pochłaniania promieniowania. Przy tym musi wykazywać się małym współczynnikiem emisji promieniowania cieplnego. Absorber nagrzewa się i przekazuje ciepło poprzez czynnik przenoszący, który przepływa przez kolektor. Czynnikiem takim może być woda lub płyn niezamarzający jak na przykład glikol. Nośnik zbiera ciepło wytworzone w instalacji i oddaje je, ogrzewając zbiornik wody.
Kolektory słoneczne — zastosowanie
Kolektory słoneczne najczęściej znajdują zastosowanie w domach jednorodzinnych oraz budynkach, gdzie ciepło niskotemperaturowe wykorzystywane jest do ogrzewania wody. W przeważającej większości jest to ciepła woda użytkowa, ale kolektor może również służyć na przykład do podgrzewania wody w basenie. Instalacja wyposażona w kolektory słoneczne potrafi zaspokoić do 70% rocznego zapotrzebowania ciepła potrzebne do ogrzewania wody użytkowej. Warto pamiętać o tym, że kolektor nie jest w stanie samodzielnie zapewnić nam odpowiedniej ilości ciepłej wody w ciągu roku. O ile w okresie letnim może to być 100%, tak w okresie jesienno-zimowym ten ekologiczny system ogrzewania wody musi być wspierany dodatkowo w inny sposób. Oczywiście kolektory mogą również być wykorzystywane w celu wspomagania ogrzewania (c.o.). Natomiast wymaga to odpowiedniego dostosowania instalacji, a wykorzystywane jest najczęściej do zasilenia ogrzewania podłogowego.
Kolektory słoneczne — rodzaje
Zasada działania wszystkich kolektorów słonecznych jest taka sama. W instalacji absorber gromadzi ciepło energii słonecznej w celu wykorzystania jej do ogrzania zbiornika wody. Jednak należy mieć na uwadze, że kolektory sloneczne różnią się względem siebie budową, która ma wpływ na sposób ich działania oraz wydajność. Dlatego warto poznać te różnice i dobrać urządzenie odpowiadające naszym wymaganiom stawianym instalacji solarnej. Słoneczne kolektory dzielimy na dwa rodzaje:
- kolektory płaskie
- kolektory próżniowe
Kolektory słoneczne płaskie cechują się lepszą wydajnością w ciepłych i bardziej słonecznych miesiącach. Można przyjąć, że najlepiej sprawdzą się w okresie od marca do końca września. Spowodowane jest to tym, że ze względu na wysoką sprawność optyczną, więcej energii słonecznej zamienianej jest na ciepło. Kolektory płaskie mają również większą powierzchnię pochłaniającą promieniowanie niż kolektory próżniowe. Wadą takiego rozwiązania jest natomiast to, jak działają kolektory płaskie, gdy temperatura powietrza zacznie spadać. Wtedy znacząco spada ich efektywność i oddają uzyskane ciepło.
Płaski kolektor wyglądem przypomina grubą taflę szkła. To dlatego, że absorber będący blaszaną płytą z aluminium lub miedzi, zabezpieczony jest szkłem hartowanym. Oczywiście takie szkło musi cechować się ponadprzeciętną przepuszczalnością światła. Mimo grubości około 3-4 mm, przepuszczalność światła do wewnątrz powinna wynosić 90% lub więcej. W tym celu korzysta się z surowców o zmniejszonej zawartości krzemionki oraz żelaza. W Polsce nachylenie takich kolektorów słonecznych to zazwyczaj ok. 45° w południową stronę. Co ciekawe, szacuje się, że w Polsce 90% sprzedawanych kolektorów, to właśnie te płaskie.
Kolektory słoneczne próżniowe cechują się natomiast dużo mniejszą utratą ciepła. Dzięki lepszej izolacji termicznej, gdy różnica temperatury na zewnątrz będą niższe, taka instalacje będzie dużo wydajniejsza. Izolatorem w takiej instalacji jest właśnie próżnia, która pełni taką samą funkcję, jak wełna mineralna w kolektorach płaskich. Ponieważ w rurach nie ma powietrza, wyeliminowane zostało przewodzenie cieplne oraz konwekcja. Kolektory próżniowe nie składają się z wielkopowierzchniowego absorbera w postaci płyty. To konstrukcja składająca się z małych segmentów, każdy z nich ma powierzchnię absorbującą zamkniętą w próżniowej rurze. Należy jednak pamiętać, że próżnia, która w zimnych miesiącach daje wymierne korzyści, może sprawiać problemy w najcieplejszych dniach roku. Ponieważ kolektory próżniowe nie oddają ciepła, może zdarzyć się, że dojdzie do przegrzania instalacji.
Bardzo ważne jest odpowiednie dopasowanie powierzchni pochłaniającej. Oczywiście w internecie znajdziemy wiele treści pomagających nam w obliczeniu odpowiedniego zapotrzebowania czy w wyborze najlepszego dla nas produktu. Jednak w celu obliczenia naszego zapotrzebowania najlepiej skontaktować się z jedną z dostępnych firm zajmujących się montażem instalacji solarnej. Najczęściej wymaga to jedynie pozostawienia twoich danych w formularzu i poczekać na kontakt specjalisty, który rozwieje wszelkie wątpliwości. Z treści zawartej w formularzu najczęściej dowiemy się, w jakim czasie możemy spodziewać się kontaktu.
Wydajność kolektorów solarnych
Na efektywność działania kolektorów mają wpływ dwie grupy czynników. Pierwsze to te typowo związane z samym kolektorem. Wpływ na sprawność kolektorów ma sam rodzaj konstrukcji, jakość wykonania czy wykorzystane w produkcji materiały. Należy pamiętać o zaletach i wadach obu typów kolektorów. Jedne będą cechowały się lepszą wydajnością w okresach przejściowych, a inne w najcieplejszych miesiącach w roku. Duży wpływ może mieć również to, jak instalacja została zaprojektowana oraz zamontowana. Instalacja powinna cechować się jak największą prostotą, aby wyeliminować wszelkie możliwe straty ciepła. Równie ważna jest odpowiednia izolacja przewodów. Druga grupa czynników to te atmosferyczne oraz związane z ilością padających promieni słonecznych, które naturalnie trzeba brać pod uwagę przy wszelkich wyliczeniach skuteczności.
Nie można również zapominać o tym, co w instalacjach solarnych najważniejsze, czyli padanie samych promieni słonecznych. Odpowiednie ustawienie instalacji ma ogromne znaczenie, co przekłada się na jej wydajność. Wszystkie odchylenia od kierunku południowego będą przekładały się na obniżenie efektywności działania naszego systemu. Należy pamiętać, że kąt nachylenia względem padających promieni słonecznych w optymalnym scenariuszy powinien zawsze wynosić 90 stopni. Oczywiście jest to niemożliwe, ponieważ słońce zmienia swoją wysokość w ciągu roku na skutek wędrówki punktu górowania. Dlatego za optymalne nachylenie przyjmuje się to w przedziale 45-50 stopni i to pozwala osiągnąć najlepszą skuteczność w skali roku.
Ile kosztują solary?
Oczywiście koszt inwestycji w kolektory słoneczne uzależniony jest od wielu czynników. Już sama decyzja o wyborze rodzaju kolektorów słonecznych próżniowych lub płaskich w zdecydowany sposób determinuję ostateczny koszt instalacji. Kolektory płaskie mogą być nawet dwa razy tańsze od próżniowych odpowiedników. Biorąc pod uwagę współczynnik wydajności do ceny kolektora, można powiedzieć, że wygrają tu kolektory płaskie. Przy cenie prawie dwukrotnie niższej, oferują wydajność w uzyskiwaniu ogrzanej wody użytkowej mniejszą o około 30%. Przy czym kolektory próżniowe swoje zalety będą pokazywały jedynie w okresach przejściowych lub w zimie, gdy będziemy chcieli częściowo ogrzać zbiornik wody w domu. Zakres cen jest naprawdę spory, a koszt instalacji może sięgać od około tysiąca, aż do kilkunastu tysięcy złotych. Dla przykładu kompletny zestaw z zasobnikiem o pojemności 300 litrów, wraz z montażem oraz całością niezbędnego osprzętu będzie nas kosztował od 8000 złotych. Przyjrzyjmy się zatem, jak szybko taka inwestycja się zwróci.
Kolektory słoneczne — opłacalność
Już teraz obserwujemy wzrost zainteresowania na rynku kolektorów słonecznych. Nie ma się czemu dziwić. Koszty instalacji solarnej wciąż maleją i są coraz bardziej przystępne, a gdy dołożymy do tego rosnące opłaty dla elektrociepłowni, łatwo dojść do wniosku, że to opłacalna inwestycja. To ile zaoszczędzimy w skali roku, oczywiście zależy od wielu czynników. Ilość członków rodziny ma duże znaczenie, ale można założyć, że do ogrzania wody w domu zamieszkanym przez cztery osoby zużywających około 250 litrów ciepłej wody dziennie, będziemy potrzebować około 5 metrów kwadratowych kolektorów płaskich. Próżniowych jeszcze mniej, ze względu na ich lepszą wydajność. W tym wypadku wystarczy około 3,5 metra kwadratowego powierzchni. Duży wpływ ma również to, w jaki sposób aktualnie ogrzewamy wodę w domu. Jeśli mamy dostęp do sieci ciepłowniczej może to być oszczędność rzędu 1000 złotych. Jednak gdy do uzyskania ciepłej wody użytkowej korzystamy z węgla, może to być już nawet 3000 złotych. Zwrot kosztów instalacji kolektorów słonecznych oczywiście będzie uzależniony od wielu czynników i może trwać od kilku do kilkunastu lat.
Jak wybrać odpowiednie kolektory?
Z całą pewnością inwestycja w kolektory słoneczne musi być nie tylko dobrze przemyślana, ale również skalkulowana. Z założenia to inwestycja na wiele lat, która potrzebuje swojego czasu, aby się zwróciła. Stąd tak ważne jest to, aby projekt instalacji, montaż, ale też konkretne podzespoły spełniały nasze wymagania i zapewniały wysoką wydajność i wygodę obsługi. Na co zwrócić uwagę? Przede wszystkim należy określić, jak uzyskane energia będzie wykorzystywana, jaką część zapotrzebowania na ciepłą wodę ma zaspokoić i z jakim źródłem ciepła będzie współpracować. Całość musi zostać dokładnie przeliczona, pod kątem wymaganej powierzchni absorbera, co również może motywować jaki rodzaj kolektorów będzie dla nas odpowiedni.
Oczywiście cena zawsze ma spore znaczenie, zwłaszcza że przekłada się na czas zwrotu takiej inwestycji. Jednak powinna być brana pod uwagę dopiero w drugiej kolejności. W momencie, gdy już będziemy mieli dobrane odpowiednie rozwiązania techniczne, gdy będziemy wiedzieli jaki rodzaj produktu jest dla nas odpowiedni, możemy zacząć analizować odpowiednie oferty rynkowe.
Kolektory — słoneczne dla kogo
Zdecydowanie najbardziej opłacalna będzie taka inwestycja w domu gdzie faktycznie zużycie ciepłej wody użytkowej jest spore. Ilość potrzebnej energii oraz oszczędności dla dwuosobowego gospodarstwa domowego będą rzecz jasna proporcjonalnie mniejsze. Osoby korzystające z węgla do ogrzewania wody mogą zyskać najwięcej i najszybciej odczuć realne korzyści. Kolektor to również rozwiązanie dla wszystkich z nas którzy mają na uwadze dbanie o środowisko oraz jakość wdychanego powietrza. Nie dość, że stosując kolektory słoneczne oszczędzamy, to zmniejszamy nasz negatywny wpływ na środowisko. W okresie, gdy baterie słoneczne z naszej instalacji zapewniają pokrycie całego zapotrzebowania ogrzewanej wody, wpływ ten maleje do zera. Kolektory słoneczne to nie tylko ekonomiczne, ale również ekologiczne rozwiązanie!
