W dzisiejszych czasach ciepła woda płynąca w rurach naszej instalacji wodnej jest niezbędna do funkcjonowania. Nikt z nas nie lubi, gdy jej braknie podczas kąpieli. Część z nas na pewno narzeka na jej stosunkowo wysoką cenę uzależnionej w dużej mierze od ceny ropy naftowej i gazu ziemnego. Inni z nas troszcząc się o dobro naszej planety, chcą ograniczyć emisję spalin. Z pomocą przychodzą panele słoneczne typu solarnego. Poniżej przedstawiamy ich istotę.
Co to są solary na ciepłą wodę?
Solarem inaczej kolektorem słonecznym nazywamy urządzenie, które ma za zadanie gromadzenie energii słonecznej i przetwarzanie jej na energię elektryczną. Jest to alternatywne źródło energii w postaci promieni słonecznych, które w gospodarstwach domowych wykorzystuje się najczęściej do ogrzania wody użytkowej. Kolektor słoneczny jest wytworem nowoczesnej fotowoltaiki.
Budowa i elementy instalacji solarnej – co należy wiedzieć?
Głównym urządzeniem wchodzącym w skład instalacji solarnej są kolektory słoneczne. Jest to urządzenie posiadające zdolność do konwersji energii słonecznych na ciepło. Energia promieniowania słonecznego, która dociera do kolektora, zmienia się w tzw. energię cieplną nośnika ciepła. Powyższym nośnikiem może być zarówno woda (ciecz), jak i powietrze(gaz).
Drugim elementem instalacji solarnej jest zasobnik ciepłej wody. Umieszczony zazwyczaj ok. 30 cm powyżej górnej krawędzi kolektorów słonecznych. Odpowiedzialny za magazynowanie ciepłej wody użytkowej. Objętość zasobnika powinna spełnić dobowe zapotrzebowanie na wodę, choć bardziej komfortowo ze względów użytkowych jest zastosować zasobniki o dwu, trzykrotnie większej pojemności. Kolejnym elementem jest pompa wraz z regulatorem, którego zadanie jest uruchomienie pompy w przypadku gdy powstanie odpowiednia temperatura pomiędzy wyjściem z kolektora a zbiornikiem.
Kolektory słoneczne to miejsca, gdzie, woda się podgrzewa, a następnie podnosi do zasobnika ciepłej wody. Proces ten powoduje zassanie do kolektora zimnej wody z dołu zasobnika. Sprawiając, że po czasie w całym zasobniku powstaje gorąca woda. W dalszym etapie instalacji solarnej mamy do czynienia z typową instalacją grzewczą. Ze względu na zmienne ciśnienie w niej występujące oraz fakt, że może być przegrzewana, konieczne są elementy zabezpieczające naszą instalację ciepłej wody użytkowej (c.w.u). Jednym z nich jest zawór bezpieczeństwa, który ma zdolność do samoczynnego otwierania się w momencie, gdy ciśnienie wytwarzającej się pary przekroczy dopuszczalną wartość. Zapobiega to powstaniu eksplozji. Kolejnym elementem zabezpieczającym instalacje solarne jest przeponowe naczynie zbiorcze, posiadające zdolność przejęcia zwiększonej objętości wody podczas jej podgrzewania. Brak tego urządzenia skutkowałby rozszczelnieniem instalacji wody lub ewentualnym załączeniem się zaworu bezpieczeństwa. W bezpiecznej i sprawnie działającej instalacji ciepłej wody niezbędny jest również ogranicznik temperatury. Wszystkie wymienione urządzenia sprawiają, że dzięki naturalnej energii słonecznej w naszych domach z kranu może płynąć, tania, ciepła woda.
Jak dzielimy kolektory słoneczne do podgrzewania wody?
Kolektory słoneczne umieszczone na dachach naszych domów przeznaczone są do wytwarzania ciepła, które może być wykorzystane do podgrzania wody, jak również okresowego wspomagania ogrzewania budynku.
Kolektory słoneczne dzieli się na:
• kolektory słoneczne płaskie,
• kolektory słoneczne próżniowe,
• kolektory słoneczne skupiające,
• kolektory słoneczne specjalne.
Kolektory słoneczne pierwszego typu zbudowane są z przeźroczystego pokrycia, najczęściej tę funkcję spełnia szkło strukturalne, warstwy absorbującej, pod którą bezpośrednio przylegają przylutowane rurki miedziane z przepływającym czynnikiem roboczym. Szklane pokrycie sprawia, że urządzenie charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością promieni słonecznych do warstwy absorbującej. Rurki, pełniące funkcję wymienników ciepła, gdzie oddawana jest energia cieplna, odpowiedzialne są za przechwytywanie ciepła z nagrzanego absorbera. Jako absorbera najczęściej używa się blachy miedzianej. Niezbędna jest również izolacja z wełny mineralnej. Kolektory słoneczne tej postaci swoje zastosowanie znajdują przede wszystkim w budynkach mieszkalnych, gdzie zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową wywiera duży wpływ na wysokość otrzymywanych rachunków za energię. Żywotność opisywanych solarów słonecznych szacowana jest na 25 lat. Wadą są nieco podwyższone koszty ich montażu.
Budowa kolektorów próżniowych nie odbiega od opisanej wyżej budowy kolektorów płaskich. Różnica sprowadza się jedynie do występującej próżni wokół absorbera. Taki zabieg ma na celu zmniejszenie strat ciepła. Zastosowanie metody próżni jest niezwykle istotne dla krajów strefy umiarkowanej, czyli strefy w której leży Polska. Znacznie poprawia to działanie kolektora, powodując, że absorbcja ciepła słonecznego nie jest uzależniona od temperatury zewnętrznej, lecz tylko i wyłącznie od promieni słonecznych. Sprawia to, że możemy liczyć na zyski ciepła w instalacji nawet mroźną zimą, pod warunkiem słonecznych dni.
Kolektory próżniowe z przepływem bezpośrednim czynnika roboczego charakteryzują się obecnością w środku rury próżniowej dwóch dodatkowych rurek, których zadaniem jest cyrkulacja czynnika roboczego pomiędzy absorberem a instalacją ciepłej wody użytkowej.
Zasada działania kolektorów próżniowych z rurkami cieplnymi polega na odparowaniu cieczy zlokalizowanej w rurce. Warunkiem jest niska temperatura parowania cieczy, dlatego doskonale w tym przypadku sprawdza się alkohol.
Sposób, w jaki działają kolektory próżniowe koncentryczne, opiera się na specjalnych reflektorach, które działają podobnie jak soczewka skupiająca. Przechwytują one energię słoneczną, a następnie transportują do rury z czynnikiem roboczym.
Przyjmuje się żywotność kolektorów próżniowych ok. 20 lat. Charakteryzują się one większą wydajnością niż kolektory płaskie. Udowodniono, że powierzchnia zabudowy 3 m2 kolektorów próżniowych, odpowiada 5 m2 kolektorów płaskich, aby uzyskać ten sam efekt wydajności cieplnej. Wadą, którą posiadają kolektory słoneczne próżniowe to mniejsza wytrzymałość na przykład na grad od kolektorów płaskich, oraz brak tzw. obiegu odwróconego, który jest przydatny do rozmrożenia w momencie pokrycia kolektorów śniegiem. Należy zwrócić również uwagę na fakt, iż kolektory próżniowe ze względu na technologię wykonania są droższe od kolektorów płaskich.
Metoda działania kolektorów skupiających polega na absorbowaniu promieni słonecznych bez względu na ich kąt padania. Absorber w tym przypadku pełni jednocześnie funkcję wymiennika ciepła. Utrzymanie wysokiej wydajności uzależniona jest od kierunku padania promieni słonecznych, dlatego ten typ solarów słonecznych wyposażony jest w specjalny mechanizm. Zasada jego działania polega na dostosowaniu położenia kolektora do kąta padania promieni słonecznych. Skutkiem takiego zabiegu jest to, że kolektory skupiające cechuje znaczne zwiększenie kosztów budowy, montażu oraz konserwacji.
Niewątpliwie jednym z najbardziej kluczowym czynnikiem jest sprawność kolektora, jest definiowana jako stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora.
Gdzie zainstalować solary słoneczne?
Najczęściej montaż kolektorów słonecznych odbywa się na południowej połaci dachu. Cały system solarny z powodów redukcji kosztów, jak i wygody instaluje się w istniejących domach. W jaki sposób zostaną umieszczone kolektory, związane jest z kształtem naszego dachu. Jeżeli mamy do czynienia z dachem płaskim, kolektory słoneczne powinny być ustawione na specjalnych stojakach, przy uwzględnieniu odpowiedniego kąta nachylenia i kierunku. W przypadku dachów spadzistych uznaje się zasadę instalacji solara słonecznego na specjalnych wspornikach, których odległość od połaci dachu wynosi ok. 15 cm. Należy pamiętać, że konstrukcja dachu powinna być stabilna o odpowiedniej wytrzymałości, ponieważ przyjmuje się, iż 1m2 kolektora waży ok. 35 kg. Ważnym czynnikiem jest także powierzchnia dachu. Do solara powinien być zapewniony odpowiedni dostęp, z powodu obowiązku czyszczenia powierzchni kolektora oraz ewentualny serwis. W przypadku braku możliwości montażu instalacji solarnej na dachu można ją ustawić na gruncie, na specjalnych stojakach lub skarpie ziemnej przy budynku pamiętając o koncie i kierunku ustawienia. Ogólną zasadą, którą należy się kierować podczas instalowaniu kolektorów słonecznych, jest to, żeby miejsce zamontowania nie było zacienione, a kąt nachylenia do poziomu wynosił od 30 do 50 stopni. Podczas montażu solarów należy pamiętać o zasadzie sześciu godzin. Według badań słońce powinno padać na powierzchnię kolektora przez min. 6 godzin. W Polsce najlepsze nasłonecznienie występuje od godziny 9 do 15.
Ile kosztują panele słoneczne typu solarnego?
Dobór odpowiedniej wielkości instalacji solarnej uzależnione jest od potrzeb domowników. Podgrzewanie c.w.u. ma coraz większy wydatek w ogrzewaniu budynku. Zapewnienie odpowiednio niskich kosztów do produkcji ciepłej wody pozwoli znaczną redukcję kosztów w eksploatacji budynku. Z pomocą przychodzą nam kolektory słoneczne, których odpowiednia ilość i umiejscowienie pozwoli na pokrycie 100 % pokryć twoich kosztów. Według przeprowadzonych badań polegających na podgrzaniu 300 litrów ciepłej wody użytkowej różne źródła energii generują następujące koszty:
• kocioł olejowy, gazowy – koszt ok. 5,20 zł – 6,50 zł
• kocioł na drewno, kocioł węglowy – koszt ok. 2,10 zł – 2,60 zł
• pompa ciepła- koszt ok. 1,90 zł
• instalacja solarna- koszt ok. 0,30 zł
Jak wskazują ww. informacje, instalacja solarna jest najtańszym sposobem do c.w.u., na miarę Twoich potrzeb.
Jak wspomniano wcześniej, kolektory próżniowe posiadają większą wydajność od kolektorów płaskich, lecz także wyższą cenę. Szacuje się, że średnia cena kolektora płaskiego wynosi ok. 900 zł/m2 podczas, gdy w przypadku próżniowego wartość ta oscyluje w granicach 2200 zł/m2. Jak wiadomo, nie zawsze wyższa cena idzie w parze z wyższą wydajnością. Dlatego niewątpliwie jednym z najbardziej kluczowym czynnikiem jest sprawność kolektora, jest definiowana jako stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Uznaje się, że ciepło uzyskane z solarów płaskich jest znaczne tańsze niż w przypadku kolektorów próżniowych. Jednak wybór, jaki kolektor zastosować zależy indywidualnie od każdego przypadku.
Obecnie mamy możliwość skorzystania z dużej liczby urządzeń do podgrzania wody użytkowej. To jaki sposób wybierzesz, zależy od twoich potrzeb. Należy pamiętać, że kolektory słoneczne typu solarnego są najtańszym sposobem do pozyskania i przetwarzania naturalnych źródeł energii. Mimo dużej ceny początkowej instalacji solarnej badania udowodniły, że w zależności od indywidualnych potrzeb wzrost inwestycji wynosi od 4 do 10 lat. Jedną z zalet jest odstąpienie od nielubianego codziennego rozpalania w kotłach czy kominkach. Należy pamiętać również, że jest to alternatywne źródło energii, które jest wolne od podwyżki ropy naftowej i gazu ziemnego. Stosując kolektory słoneczne, przyczynimy się do mniejszego zanieczyszczenia naszej planety, uzyskując jednocześnie zadowolenie z posiadania ciepłej wody użytkowej w kranie o każdej porze dnia i nocy. Kolektory słoneczne są sprzedawane na rynku w różnych modelach. Zestaw solarny montuje dzisiaj wiele firm. Współpraca z nimi zwykle przebiega bezpieczne na podstawie umowy. Do jej sporządzenia wystarczy podać kilka danych osobowych, określić prawa i obowiązki stron, zasady rozliczenia. Można także reklamować zestaw solarny, czy usługę montażu. Nabywając kolektory sloneczne, prosument jest zabezpieczony na wiele sposób. Może tylko zyskać. Nic więc dziwnego, że kolektor słoneczny to symbol innowacji, doceniany prze Polaków.
