Ring: 5 różnic między kolektorami słonecznymi a panelami fotowoltaicznymi

Budowanie domu to w dużej mierze sztuka dokonywania wyborów. Tym razem w naszym ringu zestawiamy dwa sposoby pozyskiwania energii odnawialnej – kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne. Różni je wiele, to zupełnie inne systemy. Łączy je jednak uzależnienie ilości uzyskiwanej energii od intensywności promieniowania słonecznego.

Jarosław Antkiewicz Data publikacji: 2017-04-04
Data aktualizacji: 2018-07-23

Posłuchaj tego artykułu

00:00

Polecane produkty i technologie

Niezależność energetyczna już dziś! Zbuduj swoją własną elektrownię w domu i oszczędzaj na rachunkach

Zapewnij sobie niezależność od publicznej sieci energetycznej i zostań swoim własnym dostawcą zielonej energii dzięki rozwiązaniom SMA Home Energy Solution. Niezawodne i maksymalne wykorzystanie energii z Twojej instalacji fotowoltaicznej na własne potrzeby jest w zasięgu ręki. Dzięki nowemu rozwiązaniu SMA Home Energy Solution możesz trwale obniżyć koszty energii. Wykorzystaj nieograniczoną moc słońca i generuj darmową i przyjazną dla środowiska energię słoneczną. Zapewni Ci to niezależność od firm energetycznych i nie będziesz musiał martwić się o rosnące ceny energii.

Newsletter

Zapisz się

1) KOLEKTORY SŁONECZNE I PANELE FOTOWOLTAICZNE - JAK TO DZIAŁA?

KOLEKTORY SŁONECZNE	PANELE FOTOWOLTAICZNE
Kolektory słoneczne przekształcają energię promieniowania słonecznego w ciepło. Element pochłaniający nazywa się absorberem. W kolektorach płaskich to miedziana lub aluminiowa płyta. Od spodu z płytą stykają się miedziane rurki, przez który przepływa płyn niezamarzający (płyn solarny), odbierający ciepło od absorbera i przekazujący je dalej do zasobnika ciepłej wody. Żeby ograniczyć straty ciepła i zabezpieczyć całość przed uszkodzeniami, kolektor ma izolowaną wełną mineralną obudowę, a od góry szybę o dużej wytrzymałości. Zalety tej konstrukcji to prostota, trwałość i dość niska cena. Wadą zaś – spore straty ciepła w chłodnych porach roku. W kolektorach próżniowych absorber podzielony jest na pasy umieszczone w rurach próżniowych, które zapewniają bardzo dobrą izolację cieplną. Każda rura próżniowa zawiera rurkę z przepływającym przez nią czynnikiem roboczym albo tzw. ciepłowód (rurka z cieczą o niskiej temperaturze parowania). Poszczególne ciepłowody muszą być na zewnątrz – poza rurami próżniowymi – połączone „szyną zbiorczą”, przez którą przepływa czynnik roboczy. Konstrukcje próżniowe mają nad płaskimi przewagę w chłodnych porach roku (lepsza izolacja), jednak są bardziej skomplikowane i droższe.	Panele fotowoltaiczne przekształcają promieniowania słonecznego w prąd. Zrozumienie, jakie procesy zachodzą w ogniwach, wymaga znajomości działania półprzewodników. Ogniwa grupuje się w panele, ponieważ pojedyncze ogniwo najpopularniejszego rodzaju czyli zbudowane na bazie krzemu daje napięcie zaledwie ok. 0,5 V. Łącząc je szeregowo uzyskujemy odpowiednio wyższą, użyteczną wartość. Powstały prąd można spożytkować do zasilania domowych urządzeń, gromadzić w akumulatorach albo przekazać do sieci elektroenergetycznej. Problem tkwi w tym, że panele dają prąd stały, domowa sieć i urządzenia potrzebują zaś prądu przemiennego. Żeby go przekształcić potrzebne jest urządzenie nazywane falownikiem lub inwerterem. Z kolei akumulatory są drogie i niezbyt trwałe. Dlatego najczęściej prąd stały przekształca się na przemienny i zużywa na miejscu w miarę potrzeb, a nadmiar przekazuje do sieci. Sprawność procesu przemiany energii słonecznej w elektryczną jest, niestety, niska i najczęściej nie sięga 20%. W połączeniu z wysoką ceną paneli, falowników itd. powoduje to wciąż ich niewielką popularność. Jednak wielką zaletą tej formy energetyki słonecznej jest uniwersalność – elektryczność to czysta energia, którą możemy dowolnie wykorzystać.

Zasada budowy kolektora jest dość prosta. Rozgrzewa go słońce padające na absorber słońce. (fot. Viessmann)	Ogniwo słoneczne to element półprzewodnikowy, w którym pod wpływem promieniowania słonecznego następuje ruch elektronów i powstaje prąd stały.

2) KOLEKTORY SŁONECZNE I PANELE FOTOWOLTAICZNE - ZALEŻNIE OD SŁOŃCA

KOLEKTORY SŁONECZNE

PANELE FOTOWOLTAICZNE

Działanie kolektorów słonecznych jest uzależnione od słońca. W naszej strefie klimatycznej najbardziej charakterystyczną cechą promieniowania słonecznego jest zaś jego wyjątkowo nierównomierny rozkład w ciągu roku.

80% energii słonecznej trafia do nas w okresie od początku kwietnia do końca września, czyli w czasie, kiedy praktycznie nie musimy ogrzewać domów. Za to łącznie na grudzień, styczeń i luty przypada zaledwie ok. 6%. Tego nie zmieni nawet wyrafinowana technika, a tym bardziej obietnice sprzedawców – po prostu zimą cierpimy na niedobór słońca. Zresztą, gdyby było inaczej, nie mielibyśmy wówczas chłodów.

Dlatego kolektory dobrze sprawdzają się przy podgrzewaniu wody w sezonie letnim, pozwalając wówczas niemal całkowicie zrezygnować z innych źródeł ciepła do przygotowania c.w.u. Wiosną i jesienią zaspokoimy zapotrzebowanie częściowo, a zimą będzie to tylko niewielkie wspomożenie konwencjonalnego podgrzewania. Dodatkowym problemem są straty ciepła z kolektorów do otoczenia – mniejsze w próżniowych, z racji ich lepszej izolacji.

Wszystko, co napisano obok o zależności pomiędzy ilością energii słonecznej i porą roku determinuje również działanie instalacji fotowoltaicznych. Spotykana czasem opinia, że panele dają tyle samo energii zimą i latem – jest wierutną bzdurą.

Ilość pozyskiwanej energii zależy od intensywności promieniowania słonecznego i tego w żaden sposób nie zmienimy. Zimą słońce świeci nie tylko słabo, ale zaledwie przez kilka godzin w ciągu doby. W efekcie, w listopadzie, grudniu i styczniu (najgorsze pod względem ilości słońca miesiące) na 1 m2 panelu ustawionego pod kątem 45° wprost na południe trafia w ciągu całego dnia jedynie 0,5–0,7 kWh energii. A z tego – z racji niskiej sprawności ogniw – na prąd przekształcimy zaledwie kilkanaście procent.

W chłodniejszych porach roku, zaletą paneli PV (w porównaniu z kolektorami) jest ich niewrażliwość na niską temperaturę (problematyczne za to jest przegrzanie). Instalacja fotowoltaiczna może dobrze pracować nawet w mroźną pogodę, byle tylko było słonecznie.

3) KOLEKTORY SŁONECZNE I PANELE FOTOWOLTAICZNE - WYKONANIE INSTALACJI

KOLEKTORY SŁONECZNE	PANELE FOTOWOLTAICZNE
System z kolektorami składa się z następujących elementów: samych kolektorów, zwykle umieszczonych na dachu; zasobnika ciepłej wody o pojemności ok. 300 l dla 4 osób; rur łączących kolektory z zasobnikiem; pompy przetłaczającej płyn solarny; sterownika; naczynia wzbiorczego i innych elementów zabezpieczających. Budowę instalacji należy powierzyć doświadczonemu fachowcowi i to nawet wówczas, gdy kupujemy typowy, gotowy zestaw od producenta. Wbrew pozorom niejedno można jeszcze zepsuć brakiem wiedzy lub staranności. Przykładowo, wystarczą zbyt długie lub źle izolowane rury pomiędzy kolektorami i zasobnikiem, żeby zmarnować dużą część pozyskanego ciepła. Inwestorzy często nie doceniają też roli, jaką odgrywa wielkość zasobnika c.w.u. Nie może być zbyt mały, bo wtedy nie będzie w stanie odebrać latem całego ciepła z kolektorów. Z drugiej jednak strony z wielkością też nie należy przesadzać, bo gdy zastosujemy np. 500 l, częściej będziemy dogrzewać wodę kotłem lub grzałką. Po prostu zamiast ciepła będzie zaledwie letnia.	Typowa instalacja fotowoltaiczna to: ogniwa fotowoltaiczne; falownik (inwerter) przetwarzający uzyskany z nich prąd stały na przemienny, którym zasilane są domowe urządzenia; przewody elektryczne; aparatura zabezpieczająca. To wersja stale połączona z siecią energetyczną. Gromadzenie prądu w akumulatorach zwykle nie ma sensu, bo są drogie, ciężkie i po kilku latach trzeba je wymienić. W instalacji PV nie ma elementów ruchomych, a więc potencjalnie awaryjnych mechanicznie (takich jak pompy). Z kolei przewody mogą być długie. Żeby uniknąć dużych strat energii wystarczy po prostu zwiększyć ich przekrój. W układzie, gdy jesteśmy podłączeni do sieci i sprzedajemy do niej prąd niezbędny jest jeszcze specjalny licznik i zabezpieczenia, żeby w wyłączonej, np. z powodu prac naprawczych sieci, nie pojawiło się napięcie pochodzące z naszej instalacji. To zagrażałoby przecież pracującym przy niej ludziom.

Do podgrzania ciepłej wody wystarczą zwykle 2 lub 3 kolektory. Tworzenie większej instalacji raczej nie ma sensu. (fot. Solar Shop)	Na instalację PV zwykle trzeba przeznaczyć dużo więcej miejsca na dachu niż na kolektory. 10 typowych paneli daje maksymalnie 2,5 kW mocy. (fot. Hewalex)

4) KOLEKTORY SŁONECZNE I PANELE FOTOWOLTAICZNE - JAK WYKORZYSTAĆ ENERGIĘ?

KOLEKTORY SŁONECZNE

PANELE FOTOWOLTAICZNE

W naszych warunkach klimatycznych typowe zastosowanie kolektorów słonecznych to przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Bardzo dobrze wywiązują się z zadania w sezonie letnim, co jest cenne np. dla właścicieli kotłów na paliwa stałe. Dzięki kolektorom można wówczas nie palić w kotle. W pozostałych porach roku instalacja solarna tylko wspiera konwencjonalne źródło ciepła.

Trzeba tu wyjaśnić, że określenie, iż kolektory pokryją np. 60% rocznego zapotrzebowania na ciepło, nie znaczy wcale, że przez ponad pół roku nie będziemy musieli palić w kotle. Poza sezonem letnim kolektory zwykle jedynie wstępnie podgrzewają wodę, np. od +10°C (temperatura wody wodociągowej) do +30°C. Wodę trzeba jeszcze podgrzać, ale pochłania to odpowiednio mniej energii. Wykorzystanie ciepła z kolektorów do dogrzewania budynku do w polskich warunkach rzadkość. Przede wszystkim dlatego, że ilość docierającego do promieniowania słonecznego jest najmniejsza właśnie wtedy, gdy potrzebujemy najwięcej ciepła do ogrzewania.

W związku z tym powierzchnia kolektorów musi być ogromna i najlepiej, żeby były to urządzenia próżniowe, które lepiej radzą sobie w niskiej temperaturze otoczenia. A to oznacza bardzo wysokie koszty. Jednak nawet taka rozbudowana instalacja solarna nie zastąpi w zimie ogrzewania, najwyżej nieco dogrzejemy nią dom wiosną i jesienią.

Elektryczność to czysta energia, która można wykorzystać na rozmaite sposoby. Najkorzystniejszy wariant to zasilanie urządzeń elektrycznych we własnym domu. Prąd kupowany z sieci jest po prostu drogi. Kłopot w tym, że najwięcej energii panele dają latem, w środku dnia. A wtedy w większości domów akurat nikogo nie ma, nie potrzeba też oświetlenia i ogrzewania.

W korzystnej sytuacji są za to posiadacze klimatyzatorów – muszą one pracować właśnie latem, przy intensywnym nasłonecznieniu, warto więc zasilać je z wykorzystaniem prądu z paneli. Większość osób będzie jednak przekazywać znaczną część wytworzonego prądu do sieci, zwykle są to nawet 2/3. Obowiązujące przepisy pozwalają jednak potraktować sieć elektroenergetyczną jak swoisty akumulator – w miejsce 80% oddanej energii możemy pobierać prąd bez dodatkowych opłat za przesył itp.

Ponadto jest możliwość odsprzedaży nadmiaru energii do sieci według stawek z tzw. taryf gwarantowanych (nawet 0,75 zł/kWh). Jednak zasadniczym kłopotem okazuje się w praktyce opór ze strony zakładów energetycznych i przewlekłość wszelkich procedur. Pamiętajmy jednak, że o ile moc naszej instalacji nie przekracza tzw. mocy przyłączeniowej, określonej w umowie na pobór energii, zakład ma obowiązek przyjąć od nas prąd.

5) KOLEKTORY SŁONECZNE I PANELE FOTOWOLTAICZNE - KOSZTY

KOLEKTORY SŁONECZNE	PANELE FOTOWOLTAICZNE
Przeznaczona dla 4 osób instalacja z 2 lub 3 kolektorami słonecznymi, zasobnikiem o pojemności 300 litrów to wraz z niezbędnym osprzętem i montażem wydatek nawet 10 000 zł. Można liczyć na rozmaite formy dofinansowania na poziomie gmin. Niestety, w 2014 r. zakończyło się działanie dość popularnego programu dopłat do kredytów na kolektory słoneczne z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.	Małe instalacje fotowoltaiczne są znacznie droższe niż kolektory cieczowe. To wydatek na poziomie 6000–8000 zł/kW, czyli za 4 kW mocy zainstalowanej zapłacimy około 30 000 zł. Pamiętajmy, że poza panelami trzeba kupić też dość drogi osprzęt, przede wszystkim falownik. W efekcie cena jednostkowa, za 1 kW mocy, nieco spada, gdy zwiększamy liczbę paneli. Ich typowa moc to ok. 250 W/panel, dlatego systemy dające moc większą niż 10 kW są w domach jednorodzinnych rzadkością. Po prostu brakuje na nie miejsca na dachu. Dotacji trzeba szukać na poziomie gmin oraz wojewódzkich funduszy ochrony środowiska. Ogólnopolski program dopłat (Prosument), jak na razie jest zawieszony. A to właśnie wysoka cena jest główną przeszkodą w upowszechnieniu się technologii PV.

W małych instalacjach solarnych bardzo znaczną część kosztów stanowią nie same kolektory, lecz pozostałe elementy, np. duży zasobnik c.w.u. Dlatego zawsze żądajmy kompleksowej wyceny. (fot. Galmet)	Tej wielkości instalacja daje maksymalnie ok. 6 kW mocy, a jej zbudowanie oznacza wydatek rzędu 40 000 zł. Jednak dzięki niej może bardzo znacznie ograniczyć wydatki na prąd. (fot. Archiwum BD)

Przeczytaj także: Skąd wziąć dofinansowanie na instalację odnawialnych źródeł energii?

Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: pixabay.com / pexels

Jarosław Antkiewicz

Człowiek wielu zawodów, instalator z powołania i życiowej pasji. Od kilkunastu lat związany z miesięcznikiem i portalem „Budujemy Dom”. W swojej pracy najbardziej lubi znajdywać proste i praktyczne rozwiązania skomplikowanych problemów. W szczególności propaguje racjonalne podejście do zużycia energii oraz zdrowy rozsądek we wszystkich tematach związanych z budownictwem.

W wolnych chwilach, o ile nie udoskonala czegoś we własnym domu i jego otoczeniu, uwielbia gotować albo przywracać świetność klasycznym rowerom.

Artykuły autora Wszyscy autorzy

Tagi

ogniwa fotowoltaiczne OZE porównanie systemów solary

Komentarze

Viessmann

16-07-2018 13:32

Witaj, poruszyłeś wątek, które od ponad roku nie był edytowany. Możesz przybliżyć, do czego się odnosisz?

Gość CZARNY

15-07-2018 19:29

Jak słońce może podawać na absorber SŁOŃCE Co za ... to pisał..........

Viessmann

10-04-2017 08:40

Dnia 6.04.2017 o 13:52, Budujemy Dom - porady budowlane i instalacyjne napisał: Taryfy gwarantowane wciąż są zapisane w ustawie OZE. Witam ! Z tego co się orientuję to taryfy gwarantowane były zapisane w jednym z projektów ustawy o OZE, ale przed wejściem ...

Wiecej na Forum BudujemyDom.pl