Z roku na rok zainteresowanie energią odnawialną w Polsce wzrasta. Szczególnie dotyczy to energii słonecznej, która zyskała bardzo dużą popularność. Energię słoneczną można zamieniać na taką, która będzie służyć nam do ogrzania wody, a nawet naszego domu. Zasady działania kolektora:
Kolektory słoneczne, które są nazywane przez wielu, po prostu solarami są najczęściej używane przy domach jednorodzinnych. Energia słoneczna jest przekształcana w ciepło, które potrafi znacząco obniżyć koszty związane z tradycyjnym prądem. Ogrzewanie samej wody użytkowej potrafi rocznie doprowadzić do zużycia prądu na poziomie paru tysięcy kilowatogodzin. Perspektywa zastąpienia drogiego prądu jedną z najtańszych alternatyw jest bardzo kusząca. Uważa się, że w Polsce pracują już kolektory słoneczne o łącznej powierzchni przekraczającej 300 tys. m2.
Możemy wyróżnić wiele rodzajów kolektorów słonecznych, najprostszą pod kątem konstrukcji na rynku są kolektory płaskie. Są one zbudowane z bardzo cienkich rurek, które są przymocowane do metalowej powierzchni, które są przykryte tzw. powłoką selektywną. Powłoka selektywna absorbera ma za zadanie zwiększyć pozyskiwanie energii oraz zmniejszyć emisyjność. Starsza generacja była wykonywana na zasadzie czarnego chromu, nowsze wykorzystują tlenek tytanu. Pokrycie kolektorów słonecznych powłoką selektywną potrafi zwiększyć pobór energii słonecznej nawet o 50%. Wszystkie komponenty są zamknięte w obudowie, która ma pełnić funkcję izolacji oraz chronić przed uszkodzeniami mechanicznymi. Płyn solarny podlega podgrzaniu, poprzez ściany rurek, które przylegają do metalowej powierzchni. Bardzo istotny jest tutaj dobór materiałów oraz profesjonalizm wykonania całej instalacji, który znacząco wpłynie na pozyskanie jak największej ilości energii słonecznej oraz późniejsze jej utrzymanie. Urządzenia gorszej jakości są w stanie dostarczać wystarczającą ilość ciepła z zasady wyłącznie w słoneczną pogodę. By móc pozyskiwać energię słoneczną z solarów zimą, należy się liczyć z większymi kosztami.
Absorber najprościej rzecz ujmując, jest metalową płytą, która jest pokryta odpowiednią substancją z wierzchu. Zwiększa ona znacząco możliwości pochłaniania energii słonecznej przez absorber oraz zmniejsza emisyjność. Najtańszy wariant oferuje nam pomalowaną płytę absorbera na czarno. To rozwiązanie jest bardzo tanie, lecz powoduje bardzo duże straty ciepła. Droższym rozwiązaniem są powłoki z:
Jednakże ze względu na o wiele lepszą pochłanialność ciepła jest to inwestycja, która bardzo szybko się zwraca.
Płyn solarny to zazwyczaj roztwór glikolu, który jest ogrzewany ciepłem pochodzącym z absorbera. Rurki, przez które przepływa płyn solarny, muszą być bardzo dobrze przymocowane do płyty, aby pochłaniać ciepło. Najczęściej rurki są wykonywane z miedzi, która jest świetnym przewodnikiem oraz jest odporna na korozję i spore wahania temperatur. Alternatywą dla miedzi, która jest drogim surowcem, są aluminiowe rurki. Dzięki nim koszt całej instalacji jest mniejszy, a różnica w poziomach wydajności minimalna.
Obudowa kolektorów słonecznych jest najczęściej zrobiona z aluminium. Spód obudowy oraz boki kolektorów są zazwyczaj izolowane przy pomocy wełny mineralnej. Jakość wykonania obudowy ma ogromne znaczenie. Przez nieszczelność kolektory słoneczne mogą stracić bardzo dużo na wydajności. Również otworzy to drogę dla wszelkich zanieczyszczeń, które mogą doprowadzić do uszkodzenia całej instalacji. Górna część obudowy jest wykonana ze szkła hartowanego, które ma za zadanie wytrzymać negatywne skutki warunków atmosferycznych np. grad. W kolektorach słonecznych stosowane jest tzw. szkło solarne. Przepuszcza ono bardzo duże ilości promieniowania słonecznego oraz stanowi barierę izolacyjną. W przypadku niektórych solarów zostało wykorzystane szkło pryzmatyczne ze względu na specyficzne warunki danej nieruchomości. Dzięki zastosowaniu takiego szkła, gdy promienie słoneczne padają pod innym kątem aniżeli prosty, to wydajność znacznie wzrasta.
Kolejnym rozwiązaniem spotykanym w Polsce są tzw. kolektory próżniowe. W tym przypadku wykorzystuje się szklane rury o średnicy od 5 do 10 cm. W każdej ze szklanych rurek znajduje się absorber. Próżnia, która znajduje się wokół każdego absorbera z osobna stanowi świetną izolację. W przypadku tego zastosowania straty ciepła są o wiele mniejsze ze względu na to, iż niewymagany jest transport ciepła przy pomocy cząsteczek. Dzięki temu absorber będzie się również o wiele szybciej nagrzewał, gdyż nie będzie potrzeby ogrzewać powietrza, które znajduje się wokół absorbera. Kolektory próżniowe mogą się składać z:
Istnieje również rozwiązanie, które łączy kolektory próżniowe oraz płaskie. Przez szklaną rurkę może przepływać płyn solarny, ale są również rozwiązania typu tzw. rurek cieplnych. Przy takim zastosowaniu rurka musi być z obu stron zamknięta. Płyn, który znajduje się wewnątrz w temperaturze ok. 25 stopni Celsjusza, zamienia się w parę, która przemieszcza się w okolice kondensatora. Tam z kolei jest obmywana przez płyn solarny, który znajduje się w instalacji solarnej. Substancja, która znajduje się w rurce, skrapla się, a cały proces się powtarza. Ten typ kolektorów słonecznych, aby działał, musi być nachylony pod kątem ok. 20o. Wykorzystanie zjawiska zachodzącego w tym typie kolektorów słonecznych pozwala na zwiększenie ich skuteczności.
W przypadku niektórych rozwiązań przy kolektorach słonecznych stosuje się zwierciadła, które odbijają promienie słoneczne w taki sposób, aby padały na absorber. Dzięki temu zastosowaniu temperatura cieczy, która znajduje się w instalacji solarnej może znacznie przekroczyć 100 stopni Celsjusza. Tego typu zastosowania są zazwyczaj wykorzystywane w przemyśle, aby dodatkowo zwiększyć wydajność kolektorów słonecznych.
Bardzo istotną kwestią jest magazynowanie ciepła, gdyż zazwyczaj największe zapotrzebowanie na ciepło jest, gdy warunki atmosferyczne dla kolektorów są bardzo złe. Do magazynowania podgrzanej wody w instalacji fotowoltaicznej jest wykorzystywany zbiornik o bardzo silnej izolacji. Im większy zasobnik na wodę, tym większa powinna być powierzchnia solarów, aby podgrzać coraz to większą ilość wody użytkowej. Wielkość zbiornika zależy od indywidualnego podejścia konsumenta. Jeśli jest w stanie pogodzić się z dogrzewaniem wody przez drugie źródło ciepła, to zbiornik może być mniejszy. Natomiast jeśli w 100% chce wykorzystać energię odnawialną, to zbiornik musi być jak największy.
Zazwyczaj zakłada się, iż domownik zużyje ok. 50 l ciepłej wody. Do podgrzania takiej ilości wody możemy przyjąć, iż w przypadku lepszych modeli kolektorów słonecznych, wystarczy nam absorber o powierzchni ok. 1 m2. Jest to oczywiście spore uproszczenie, gdyż w każdym przypadku powinniśmy dokonać dokładnych obliczeń. Bardzo wiele zależy od optymalnego ustawienia kolektorów słonecznych pod kątem 40o oraz skierowania w stronę południową. Na kolektory słoneczne w żadnym wypadku nie może padać cień. Jeśli nie jesteśmy w stanie spełnić tych wytycznych, to będziemy musieli zainstalować większą ilość solarów. Wielkość zasobnika powinno się wybrać zgodnie z zapotrzebowaniem na ciepłą wodę danej rodziny.
