angielski, polski

Jak wykorzystać energię słoneczną

Energia Słońca

Nasłonecznienie w Polsce

Słońce jest darmowym źródłem czystej, bezpiecznej oraz przyjaznej środowisku energii. Promienie słoneczne padające bezpośrednio lub pośrednio na powierzchnię kolektora słonecznego lub ogniwa fotowoltaicznego zamieniane są w energię cieplną lub elektryczną. Także energia cieplna gruntu lub powietrza, wykorzystywana przez pompy ciepła, pochodzi pierwotnie z energii Słońca.

Co prawda promieniowanie słoneczne nie jest w Polsce tak intensywne, jak na południu Europy, ale również w naszych warunkach przez większość roku nasłonecznienie jest na tyle mocne, że można, a nawet należy je wykorzystać.

Najczęściej notowane wartości promieniowania słonecznego bezpośredniego w naszym kraju mieszczą się w granicach 600-800 [W/m2]. W najgorętszych okresach letnich wartość nasłonecznienia wynosi nawet do 1200 W/m2. Oczywiście im bardziej na południe tym warunki nasłonecznienia są lepsze. Poniższa mapka pokazuje wartości promieniowania słonecznego  w różnych częściach kraju.

Warunki meteorologiczne w Polsce charakteryzują się nierównomiernym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym. Ok. 80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego (od początku kwietnia do końca września). Czas aktywności słońca w zimie skraca się do 8 godzin dziennie, zaś w lecie w miesiącach najbardziej słonecznych osiąga 16 godzin.

Co to oznacza dla instalacji z kolektorami słonecznymi?…

W okresie październik – marzec oszczędności, jakie przyniosą kolektory, będą niższe niż w okresie letnim, kiedy słońca jest o wiele więcej. Jednak nawet w czasie mroźnej, lecz  słonecznej zimy kolektory słoneczne będą pracowały. W takich warunkach kolektory próżniowe są bardziej efektywne od pozostałych – łatwo absorbują ciepło, a dzięki izolacji w postaci próżni nie tracą energii na zewnątrz. Uzyski z instalacji solarnej będą niższe niż w lecie, ale zawsze przyczynia się do powstania oszczędności. Na przykład, jeżeli temperatura wody w sieci ma około 10 stopni Celsjusza, energia słoneczna pomoże nam podgrzać ją z 10 st do 30 st. Podstawowe źródło energii takie jak gaz, olej, elektryczność uruchomione zostanie na krótki okres ‑ tylko po to, żeby podgrzać z 30 st do np. 40 st, czyli standardowej temperatury kąpieli. Bez kolektorów piec musiałby podgrzewać wodę nie od 10 stopni, lecz o 30 stopni Celsjusza (z 10 do 40 st). A krótka praca kotła to niższe zużycie paliwa.

Roczne wykorzystanie energii słonecznej

Dobrze dobrana do potrzeb użytkownika instalacja solarna zapewnia pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę z energii słonecznej na poziomie 55-65% w skali roku. Oznacza to, że w okresach  o najsilniejszym nasłonecznieniu, słońce zapewnia do 100% zapotrzebowania na c.w.u. Poniższy wykres przedstawia średnie miesięczne i roczne pokrycie zapotrzebowania na ciepła wodę dzięki wykorzystaniu kolektorów słonecznych.

 Pozytywny wpływ na środowisko

Spalanie paliw z surowców kopalnianych produkuje ogromne ilości dwutlenku węgla, który jest jedna z głównych przyczyn globalnego ocieplenia. Średnie gospodarstwo domowe z zainstalowanymi kolektorami słonecznymi może generować ok. 1.836 kWh rocznie nie emitując przy tym CO2 do atmosfery. Dzięki wykorzystaniu energii słonecznej nie zanieczyszczamy środowiska, obniżamy emisję dwutlenku węgla oraz redukujemy rachunki za ciepłą wodę i ogrzewanie naszych domów.

 

 

 

 

 

Wykorzystano informacje firm WATT Sp. z o.o. oraz Kingspan Renewables Ltd.

 

Zastosowanie

Jak wykorzystać energię słoneczną?

Najczęstszym sposobem wykorzystania energii słonecznej jest zastosowanie kolektorów słonecznych do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Kolektory słoneczne służą także do ogrzewania wody basenowej, wspomagania centralnego ogrzewania (niskotemperaturowego – podłogowego lub ściennego).

Coraz szersze zastosowanie znajdują także ogniwa fotoelektryczne (fotowoltaiczne) do produkcji energii elektrycznej.

 Zastosowanie energii słonecznej

 

Rodzaje kolektorów

Jak to działa?

Najprościej rzecz ujmując kolektory słoneczne to urządzenia służące do pozyskiwania energii słonecznej, która w postaci ciepła przechodzi poprzez układ solarny do zasobnika z wodą użytkową. Promienie słoneczne padające na powierzchnię adsorbera rozgrzewają go. Ciepło to oddawane jest połączonym z adsorberem przewodom miedzianym, przez które przepływa płyn solarny wprawiany w ruch przez solarną grupę pompową.

Pokazuje to poniższy schemat. Przedstawia on podstawową instalację solarną służącą do podgrzewania wody użytkowej z zastosowaniem zbiornika dwuwężownicowego. Ciepło z systemu solarnego przekazywane jest zimnej wodzie za pomocą wężownicy znajdującej się w dolnej części wymiennika. Ciepła woda przemieszcza się do górnej części zbiornika, z której jest pobierana przez użytkowników.

W przypadku gdy woda nie osiągnie zadanej przez użytkownika temperatury, automatycznie zostanie uruchomiony kocioł (lub grzałka elektryczna), który poprzez górną wężownicę dogrzewa wodę w górnej części wymiennika.

Kolektory słoneczne różnią się budową i zastosowanymi rozwiązaniami technologicznymi. Najbardziej zauważalny podział to podział na kolektory płaskie i próżniowe. Zasadnicza różnica w budowie tych kolektorów polega na rodzaju zastosowanej izolacji – w przypadku kolektorów płaskich jest to najczęściej wełna mineralna, w przypadku kolektorów próżniowych izolację adsorbera stanowi próżnia, a głowica kolektora izolowana jest pianką melaminową lub twardą wełną mineralną.

 Budowa kolektorów próżniowych (na przykładzie kolektorów Kingspan Solar)

W kolektorach próżniowych Kingspan Solar adsorber, wykonany z blachy miedzianej pokrytej wysoce selektywną warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne (TINOX), znajduje się w szklanej rurze z której usunięto powietrze (próżnia). Izolacja w postaci próżni powoduje, że straty ciepła spowodowane niską temperaturą zewnętrzną, wiatrem lub wilgocią są zminimalizowane.

Kolektory próżniowe firmy Kingspan Solar wytwarzane są w dwóch odmianach:

- Direct – Flow (bezpośredni przepływ) – płyn solarny (czynnik grzewczy) przepływa przez każdą z rur próżniowych odbierając ciepło z adsorbera.

- Heat Pipe (rurka ciepła) – płyn solarny przepływa jedynie przez głowicę kolektora, odbierając ciepło z umieszczonych w niej kondensatorów. Zasadę działania obydwu wersji przedstawiają rysunki poniżej.

Kolektor próżniowy Kingspan Solar

Kolektor słoneczny typu Direct-Flow: DF 100
Wysokowydajny próżniowy kolektor słoneczny z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego przez tubę próżniową.

Absorber, pochłaniając promieniowanie słoneczne, nagrzewa się do wysokich temperatur oddając ciepło bezpośrednio czynnikowi grzewczemu.

Ten transportowany jest dalej poprzez głowice kolektora oraz system rur do wymiennika ciepła.

Kolektor próżniowy  heat-pipe Kingspan Solar

Kolektor słoneczny typu Heat-Pipe: HP400 i HP450
Wysokowydajny próżniowy kolektor słoneczny z rurka ciepła “Heat-Pipe”.

Absorber, pochłaniając promieniowanie słoneczne, nagrzewa się do wysokich temperatur i oddaje ciepło rurce „Heat-Pipe” wypełnionej płynem, który po nagrzaniu zaczyna parować i skrapla się w kondensatorze tuby próżniowej.

Tym sposobem kondensator rozgrzewa się i oddaje ciepło czynnikowi grzewczemu przepływającemu przez głowice kolektora. Gorący czynnik grzewczy transportowany jest dalej do wymiennika ciepła.

Kolektory próżniowe Kingspan Solar są produkowane także w wersji bez głowicy pod marką VARISOL. Dostępne są zarówno w wersji direct-flow, jak i heat-pipe. Więcej na ich temat w zakładce Produkty i rozwiązania.

 

Budowa kolektora płaskiego (na przykładzie kolektora WATT)

Kolektro płaski WATTKolektor płaski składa się z miedzianego (w niektórych modelach aluminiowego) adsorbera pokrytego wysoce selektywną warstwą ( ETA PLUS – Blue Tec ) pochłaniającą promienie słoneczne. Adsorber połączony jest z kratownicą miedzianą przez którą przepływa płyn solarny „odbierając” ciepło. Całość umieszczona jest w aluminiowej obudowie zaizolowanej wełną mineralną i przykrytą z wierzchu szybą ze specjalnie  dobranego szkła o wysokiej przepuszczalności.

 Kolektory, w zależności od zapotrzebowania na moc instalacji mogą być łączone w baterie od dwóch do nawet kilkudziesięciu kolektorów.

 

Instalowanie kolektorów

Gdzie i jak zamontować kolektory słoneczne?

Klienci często zadają sobie pytanie – czy na moim domu możliwe jest zainstalowanie kolektorów słonecznych? Jaka instalacja będzie odpowiednia dla moich potrzeb? Jakie kolektory wybrać? Czy można zamontować kolektor na gruncie lub budynku gospodarczym?

Na tej stronie nie odpowiemy na wszystkie pytania. Spróbujemy jednak przekazać podstawowe informacje dotyczące montażu i konfiguracji instalacji, tak aby ułatwić Państwu wybór.

  • Optymalne położenie kolektora to skierowanie go w kierunku południowym i nachylenie pod kątem 45-50° w stosunku do powierzchni poziomej. Takie położenie umożliwa najbardziej efektywne wykorzystanie promieniowania słonecznego. Oczywiście w wielu przypadkach uzyskanie takich idealnych warunków ekspozycji kolektora nie jest możliwe – niewielkie odchyłki są jednak dopuszczalne – w każdym przypadku poszukujemy optymalnego rozwiązania. Należy zwrócić uwagę na to, aby kolektor nie był zacieniany przez sąsiadujące obiekty (inny budynek, połać dachu, komin, wysokie drzewa).

Poniższy rysunek i tabela pokazują możliwości montażu na budynku różnych typów kolektorów. Jak zamontować kolektrory słoneczne

  •  Jeżeli montaż na budynku mieszkanym nie jest możliwy, można umiejscowić kolektory poza budynkiem, np. na gruncie lub na sąsiednim budynku gospodarczym. W każdym przypadku należy zwrócić uwagę na to, aby odległość pomiędzy kolektorem (kolektorami)  a kotłownią powinna była jak najmniejsza.
  • Każda instalacja solarna powinna być dostosowana do potrzeb jej użytkowników. W przypadku instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej wielkością tą będzie ilość zużywanej ciepłej wody, a ta zależy przede wszystkim od liczby domowników.
    Za każdym razem przygotowując dla Państwa ofertę staramy się dokładnie ustalić zapotrzebowanie na ciepło dla danego obiektu. Oprócz liczby mieszkańców znaczenie mogą mieć także inne okoliczności (np. zainstalowane jacuzzi, deszczownia, częstsze używanie wanny niż prysznica).
    Na podstawie danych statystycznych można jednak wstępnie określić wielkość instalacji dla różnej ilość użytkowników. Takie dane dotyczące instalacji małych zawiera poniższa tabela.
    Instalacje większe dla domów wielorodzinnych, obiektów użyteczności publicznej lub firm projektujemy indywidualnie, przy użyciu specjalistycznego oprogramowania komputerowego.

Instalacje z kolektorami słonecznymi

 

System solarny

grafiki: Kingspan Solar

 
 

Materiały do pobrania: