Nawet w tak chmurnym kraju jak Polska warto budować instalacje zasilane energią Słońca. Podczas eksploatacji będą ulgą dla naszych kieszeni. Taka inwestycja to także wkład w ochronę środowiska.
(fot. Schüco)
Ceny tradycyjnych nośników energii gwałtownie rosną, zwiększa się zatem zainteresowanie jej odnawialnymi źródłami. Jedno z nich to darmowa energia słoneczna, która jest czysta i ekologiczna, a jej zasoby – nieskończone – przynajmniej w tej perspektywie, którą jesteśmy w stanie sobie wyobrazić.
Bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej do wytwarzania ciepła możliwe jest dzięki różnego rodzaju wymiennikom ciepła zwanym kolektorami słonecznymi. Urządzenia te w połączeniu z zasobnikiem solarnym i tradycyjnym układem centralnego ogrzewania oraz z układem automatyki i sterowania tworzą system solarny. Zasada ich działania jest prosta: ogrzewany przez słońce absorber, czyli powierzchnia pochłaniająca kolektora słonecznego, podgrzewa czynnik grzejny, przeznaczony specjalnie do kolektorów. Pompa obiegowa tłoczy go do dolnego wymiennika ciepła – zasobnika solarnego z wężownicą, która podgrzewa zasobnik c.w.u. Cały proces jest zatem po prostu zmianą energii promieniowania słonecznego na ciepło.
Kolektory słoneczne (choć znacznie rzadziej) wykorzystuje się do wspomagania centralnego ogrzewania, a także do podgrzewania wody w basenie.
Rodzaje kolektorów
Płaskie. Ich powierzchnię absorbującą stanowi blacha miedziana pokryta warstwą czarnego chromu lub tlenku tytanu. Tę pierwszą stosowano głównie w kolektorach starszej generacji, ale okazało się, że ich sprawność jest niższa niż kolektorów z absorberem z tlenku tytanu. Do spodniej części kolektora płaskiego przylutowane są miedziane kanały przepływowe płynu grzewczego. Płyn ten, za pośrednictwem spiralnego wymiennika w zasobniku, oddaje ciepło do zbiornika c.w.u.
Próżniowe, inaczej rurowe. W tych kolektorach absorber umieszczony jest w środku szklanej rury, w której jest próżnia. Izoluje ona absorber od otoczenia i ogranicza tym samym ucieczkę ciepła na zewnątrz. Dzięki temu kolektory próżniowe magazynują zimą więcej ciepła niż płaskie.
Kolektory próżniowe dostępne są w dwóch odmianach. Jedne wewnątrz rur próżniowych mają umieszczone rurki cieplne z parującym w temperaturze 25ºC glikolem, który trafia do kondensatora. Tu dochodzi do wymiany ciepła, w wyniku której glikol nagrzewa się, a następnie krąży w instalacji. Jego pary skraplają się i grawitacyjnie powracają na dno rurki. Drugi rodzaj kolektorów próżniowych to takie, w których czynnik grzewczy przepływa przez rurki miedziane, przylutowane do absorbera, umieszczonego w rurze próżniowej, a odbiór ciepła następuje bezpośrednio z absorbera.
Zasoby ciepłej wody
Zasobnik solarny to po prostu zbiornik buforowy. Jego pojemność oblicza się następująco (przy zastosowaniu do podgrzewania c.w.u) – liczba mieszkańców × wskaźnik zapotrzebowania na c.w.u × liczba litrów/mieszkańca/dobę.
Zbiorniki mogą mieć jedną lub dwie wężownice. Te z jedną pracują samodzielnie i są najtańsze, jednak czerpanie z nich ciepłej wody możliwe jest tylko wtedy, gdy zostanie ona podgrzana przez kolektor. Dzieje się tak, ponieważ zbiorniki te współpracują tylko z jednym źródłem ciepła – kotłem bądź kolektorem. Jeżeli więc wieczorem zużyjemy cały zapas wody, to w nocy będzie ona zimna.
Inaczej jest w zasobnikach dwuwężownicowych, do których można podłączyć jednocześnie dwa źródła ciepła. W razie potrzeby wodę można w nich dogrzać na przykład przez kocioł. Cena takiego zasobnika jest ok. 800 zł wyższa.
Dobór zasobnika solarnego zależy głównie od rodzaju systemu przygotowania c.w.u. W systemie pasywnym – czyli w instalacji grawitacyjnej – nagrzany przez słońce czynnik samoistnie unosi się do zasobnika – dlatego w systemie niepotrzebne jest zasilanie. Układ sam dopasowuje się do zmian nasłonecznienia, tak więc nie jest potrzebna ani pompa obiegowa, ani układ automatycznego sterowania. Aby układ sprawnie funkcjonował, zasobnik trzeba umieścić powyżej kolektorów – jego dolna krawędź powinna znajdować się około 30 cm ponad nimi. Najczęściej oznacza to, że kolektor trzeba umieścić na trawniku, a zasobnik – w pomieszczeniu na piętrze. Inaczej jest w systemie aktywnym, czyli w instalacji z obiegiem wymuszonym, w którym ruch czynnika grzejnego wymuszony jest pracą pompy.
Układ taki działa następująco: jeżeli podgrzana przez kolektory woda w zasobniku osiągnie wyższy stopień od nastawionej w dolnej części zasobnika temperatury, wówczas specjalny regulator włącza pompę; jeśli zaś kolektor nie może osiągnąć nastawionej temperatury (z powodu np. długotrwałego zachmurzenia), włącza się kocioł. Działa on od chwili, w której woda w górnej części zasobnika osiągnie określoną w regulatorze temperaturę. Kocioł ma własny regulator, sterujący pracą pompy i zawsze w pierwszej kolejności podgrzewa ciepłą wodę użytkową, a dopiero później – wodę do instalacji c.o.
