Kolektor słoneczny jest urządzeniem, które zabsorbowaną energię słoneczną zmienia w energię cieplną przy pomocy pośredniczącego w tej transformacji medium roboczego. Uzyskana w ten sposób energia cieplna gromadzona jest w zasobnikach, z których następnie może być wykorzystywana do ogrzewania mieszkań i do produkcji ciepłej wody. Energię słoneczną można także wykorzystywać do produkcji energii elektrycznej.
Zasada działania
Kolektory słoneczne służą do odbioru energii cieplnej promieniowania słonecznego i przekazywania jej poprzez tzw. czynnik grzewczy i wymiennik ciepła znajdujący się w zbiorniku (bojlerze) do ogrzania wody użytkowej. Kolektory mogą być używane przez cały rok, gdyż nawet, jeżeli podgrzeją wodę tylko o 5°C (np. w styczniu bądź lutym) to i tak ich stosowanie jest opłacalne. W Polsce wartość nasłonecznienia wynosi w okresie od kwietnia do października ok. 900-1100 kWh/m², co przy właściwym doborze ilości zainstalowanych kolektorów słonecznych zabezpiecza użytkowników w 80-90% niezbędnej ciepłej wody w okresie marzec-październik, a średnio w roku do 65%. Oznacza to, że przez 240 dni w roku woda może być ogrzana energią słoneczną do temperatury ok. 50°C.
Budowa kolektora
Każdy kolektor zawsze składa się z kilku warstw:
– przeźroczystej pokrywy, wykonanej ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza bądź też z odpowiednio dobranych i zespolonych w podwójną warstwę tworzyw sztucznych,
– absorbera tj. głównego elementu kolektora, wykonanego z metalu dobrze przewodzącego ciepło: najczęściej jest to miedź lub aluminium. Metal ten pokryty jest substancjami tworzącymi jego powłokę, która w zależności od rodzaju kolektora może być powłoką nieselektywną bądź selektywną. Najlepsze są pokryte galwanicznie warstwą czarnego chromu powłoki selektywne, które bardzo dobrze absorbują ciepło ograniczając jednocześnie jego emisję. Do płyty absorbera przylutowane są natomiast rurki, przez które przepływa czynnik grzewczy.
– izolacji i obudowy, które powodują, że kolektor nie oddaje ciepła do otoczenia. Jako izolator stosuje się głównie wełnę mineralną lub poliuretan.
źródło: Anmar
Kolektory słoneczne są najważniejszą częścią każdej instalacji solarnej. Do pozostałych elementów takiej instalacji należą:
a) zbiornik na wodę – może to być dowolny, typowy bojler z wymiennikiem ciepła; jeżeli kolektory mają być podłączone do tego samego zbiornika co piec centralnego ogrzewania potrzebny będzie zbiornik z dwa wymiennikami ciepła. Warto w tym miejscu wspomnieć, że spotykane są już także bojlery z trzema wymiennikami ciepła umożliwiającymi podłączenie nawet trzech źródeł ciepła np. kolektora słonecznego, pieca c.o. i pompy ciepła.
b) wymiennik ciepła – spiralna żebrowana rura (najczęściej miedziana) umieszczona w zbiorniku wody (bojlerze), przepływający przez nią czynnik grzewczy (np. glikol) ogrzewa tym samym wodę w zbiorniku.
c) pompa – pompuje czynnik grzewczy przez kolektory i wymiennik ciepła, najlepsze efekty daje instalacja solarna z tzw. obiegiem wymuszonym chociaż spotykane są również instalacje z obiegiem grawitacyjnym.
d) regulator (układ mikroprocesorowy) – steruje całością instalacji oraz włącza pompę gdy temperatura w kolektorze jest wyższa niż temperatury wody w zbiorniku.
Ogólne dane techniczne kolektora słonecznego:
| – wymiary zewnętrzne: | 1000x2000x100 mm |
| – powierzchnia czynna absorbera: | 1,7-2,0 m² |
| – maksymalna moc: | 1,5kW |
| – temperatura krytyczna: | 160°C |
| – pojemność kolektora: | 1,7-2 litrów |
| – połączenia: | 1 cala |
| – nośnik ciepła: | woda, glikol |
| – ciężar: | 35-45 kg |
Dobór parametrów urządzenia do ogrzewania wody użytkowej:
| – powierzchnia kolektorów: | na 1 osobę od 1 do 1,5 m² |
| – wydajność: | na 1 m² kolektora od 40-60 litrów wody |
| – pojemność zbiornika na ciepłą wodę: | na 1 osobę od 50-100 litrów wody |
| – uwzględniona rezerwa wody: | na 1-2 dni bez słońca |
| – montaż kolektorów: | kąt nachylenia 30-60° wystawa płd. lub płd.-zach. dachy skośne – kolektory integralną częścią dachu (leżące) dachy płaskie – kolektory na stelażach |
Źródło: EkoProBud
Oszczędności płynące z wykorzystania kolektorów słonecznych
Z posiadania kolektora słonecznego płyną podwójne korzyści: proekologiczne i ekonomiczne. Najbardziej interesującym dla potencjalnego inwestora tematem jest szybkość zwrotu kosztów poniesionych na instalację solarną. Z różnego rodzaju analiz ekonomicznych wynika, iż średni czas zwrotu kosztów, o których mowa powyżej to 5 lat, jednakże mając na względzie stale rosnące ceny energii czas amortyzacji takiego urządzenia może być znacznie krótszy. Jest rzeczą charakterystyczną, że w przypadku obiektów o dużym zużyciu energii, głównie ciepłej wody użytkowej (hotele, pensjonaty, małe ciepłownie osiedlowe, zakłady produkcyjne, masarnie, sauny) stopa amortyzacji może wynieść nawet 50% !
Korzyści z wykorzystania kolektorów słonecznych:
Ujarzmiając energię słoneczną chronimy bezsprzecznie nie tylko nasze środowisko naturalne, ale co najważniejsze także i własną kieszeń.
Korzystanie z instalacji solarnej w to:
– oszczędność tradycyjnych nośników energii, dla potrzeb ciepłej wody użytkowej rzędu 60-80% w skali roku,
– oszczędność tychże samych nośników energii, dla potrzeb uzyskania centralnego ogrzewania w sezonie grzewczym rzędu 20% rocznie,
– oszczędność przy podgrzewaniu wody w otwartym basenie kąpielowym rzędu 90% w okresie letnim, powodującym wydłużenie okresu użytkowania basenu o ok. 4 miesiące,
– możliwość współpracy instalacji solarnej z istniejącym systemem centralnego ogrzewania,
– możliwość zastosowania rozwiązań umożliwiających blisko 100-procentowe przetworzenie energii słonecznej poprzez dodatkowe sprzężenie kolektora słonecznego z pompą ciepła,
– nie wyemitowanie do atmosfery w skali roku ok. 750 kg dwutlenku węgla oraz 15 kg związków siarki,
– skuteczne zabezpieczenie się przed następstwami coraz wyższych cen pozostałych nośników energii, mających udział w kosztach eksploatacji naszego domu oraz przed nieplanowanymi przerwami w ich dostarczaniu.