Artykuł opublikowany pod adresem: http://gigawat.net.pl/article/articleprint/266/-1/32/
|
Cieczowe kolektory słoneczne - Zrób to sam?
|
Informacje
Numery
Numer 10/2003
Polska posiada korzystne warunki klimatyczne do efektywnego pozyskiwania energii pochodzącej ze Słońca. Energia ta przetworzona za pomocą kolektorów cieczowych może być wykorzystywana do produkcji ciepłej wody użytkowej bądź wspomagania układów centralnego ogrzewania. Według opracowań krajowych naukowców roczna wartość nasłonecznienia w Polsce, czyli ilość czasu kiedy słońce znajduje się nad horyzontem i nie jest zasłonięte chmurami, wynosi średnio 1200-1700 godzin. Trochę bardziej optymistyczne dane można odnaleźć w jednej z ulotek zagranicznych producentów kolektorów, który podaje, że słonecznych godzin w roku mamy ok. 1900.
Wielkość ta charakteryzuje się nierównym rozkładem. Najwięcej ciepła można pozyskać w okresie wiosenno-letnim, od początku kwietnia do końca września, kiedy słońce znajduje się najdłużej nad horyzontem. W zimie, gdy zapotrzebowanie na energię jest największe, pożytek z kolektorów słonecznych jest znacznie mniejszy. Krótkie i pochmurne dni sprawiają, że ilość docierającej energii spada nawet poniżej 10 proc. w porównaniu z okresem letnim. Jak twierdzą eksperci, najlepszym rejonem w Polsce są tereny województwa lubelskiego, gdzie wielkość napromieniowania słonecznego wyliczono na ponad 1048 kWh/m kw. w skali roku. Średnia dla obszaru Polski wynosi ok. 990 kWh/m kw./rok. Najsłabszy dopływ energii rejestruje się w województwach północnych z wyłączeniem obszaru Wybrzeża Zachodniego. Niższy poziom napromieniowania występuje też w rejonach o większym zanieczyszczeniu atmosfery, czyli tereny uprzemysłowione, takie jak np. Śląsk. Tam wartość napromieniowania może odbiegać od średniej krajowej do 10 proc.
|
Kolektory płaskie
Wśród układów cieczowych najprostszymi w konstrukcji, a zarazem najtańszymi są kolektory płaskie. W tradycyjnym urządzeniu znajduje się zestaw rurek lub jedna odpowiednio ukształtowana rurka miedziana ułożona na blasze i materiale izolacyjnym, którym może być np. wełna szklana lub pianka poliuretanowa. Całość pokryta jest powłoką absorbcyjną i przykryta szybą. Warstwy pochłaniające wykonywane są różnymi technikami. Wśród dostępnych na rynku można spotkać powłoki z czarnej farby, czarnego chromu, tlenku tytanu i krzemu, związków aluminium lub też inne firmowe wielowarstwowe technologie, które pod swą nazwą kryją tajemnicę „wysokiego współczynnika sprawności”. Zastosowanie zewnętrznego pokrycia szklanego daje możliwość wykorzystania „efektu szklarniowego”, co przynosi dodatkowe korzyści energetyczne. Szkło hartowane na powierzchni zewnętrznej kolektora zabezpiecza go przed uszkodzeniem w przypadku gradobicia.
Istnieją też rozwiązania, gdzie pomiędzy szybą, a absorberem, stosuje się specjalny materiał transparentny charakteryzujący się małą przewodnością cieplną i dużą przepuszczalnością promieniowania słonecznego. Dzięki takim zastosowaniom sprawność cieplna kolektora wzrasta. Szyby pryzmatyczne i antyrefleksyjne również wpływają na poprawę wydajności urządzenia. W konstrukcjach kolektorów płaskich zamiast układów rurek można też spotkać absorbery wykonane z dwóch odpowiednio wytłoczonych i następnie zgrzanych lub sklejonych blach. W ten sposób pomiędzy blachami tworzy się układ kanałów, którymi krąży ciecz robocza. Bywają również kolektory, gdzie absorbery wykonane są z tworzyw sztucznych odpornych na zmiany temperatury i promieniowanie ultrafioletowe. Te ostatnie są lżejsze, co ułatwia ich montaż, ale za to charakteryzują się mniejszą sprawnością cieplną.
Kolektory próżniowe
Większą wydajnością i równocześnie najwyższą ceną za m kw. wyróżniają się kolektory rurowo-próżniowe. Charakteryzują się one lepszą sprawnością niż kolektory płaskie, zwłaszcza w okresach o zwiększonym zachmurzeniu. Zbudowane są z zestawów szklanych rur, wewnątrz których panują warunki zbliżone do próżni, co stanowi bardzo dobry izolator termiczny. W przestrzeni zamkniętej znajduje się rurowy absorber, w środku którego umieszczona jest cienka rurka obiegowa odbierająca ciepło. Wejście i wyjście cieczy roboczej znajduje się w górnej części kolektora. W niektórych konstrukcjach ciecz wpływa rurką wewnętrzną i powraca od dołu do góry zewnętrzną rurką, w której z kolei nagrzewa się przejmując ciepło od absorbera. Dodatkowo w kolektorach tego typu wokół absorbera montuje się odpowiednio wyprofilowane lustra poprawiające wydajność.
Instalacje
Istnieją różne technologie wykorzystania kolektorów w instalacjach. Optymalny wybór danego typu systemu do konkretnych zastosowań mogą ułatwić specjalne aplikacje komputerowe. Wyliczenia można również otrzymać w salonach firmowych lub wypełniając odpowiednie formularze na stronach internetowych u niektórych producentów i dystrybutorów tego typu układów. Koszt zestawu uzależniony jest od dobowego zapotrzebowania użytkowników na ciepło lub ciepłą wodę. Warto dodać, że istnieją już krajowi producenci kolektorów płaskich, którzy posiadają międzynarodowe certyfikaty jakości dające gwarancję trwałości i dobrych parametrów technicznych. Mamy też w Polsce wykonawców kolektorów próżniowych. Średnio na rynku ceny dla układów rodzimych i importowanych wahają się od ok. 1 tys. do 5 tys. zł za 1 m kw. kolektora wraz z instalacją.
Ważną rolę w wyborze odpowiedniego zestawu solarnego odgrywają parametry techniczne budynku. Nie zawsze istnieje możliwość zainstalowania kolektora na dachu. Stosuje się też rozwiązania na elewacjach lub bezpośrednio na ziemi. To wymaga zastosowania odpowiednich stelaży, takich aby kolektor odpowiednio skierować w stronę promieniowania słonecznego. W naszych warunkach klimatycznych ze względu na okres zimowy, w systemach całosezonowych stosuje się dodatkowy obieg z niezamarzającą cieczą roboczą, która ogrzewa wodę do celów gospodarczych za pośrednictwem wymienników. Powoduje to niewielki spadek wydajności systemu oraz podraża koszty instalacji. Ci, którzy zdecydują się na użycie kolektorów tylko w okresie wiosenno-letnim, mogą pozwolić sobie na zastosowanie układu, gdzie woda bezpośrednio ogrzewana jest w absorberze panelu słonecznego.
W układach kolektorowych dla utrzymania stabilności ciepłej temperatury wody użytkowej stosuje się dodatkowe zbiorniki akumulacyjne. Ich instalacja w układzie grawitacyjnym eliminuje potrzebę montowania pompy obiegowej. Warunkiem pracy systemu grawitacyjnego jest umieszczenie pojemnika akumulacyjnego powyżej górnego poziomu cieczy w kolektorze. Zbiornik można zamontować na poddaszu lub w odpowiednio zaizolowanym pojemniku na dachu – tuż ponad kolektorem. Ze względu na „niepewność” korzystnych warunków pogodowych oraz obecność okresów słabego nasłonecznienia, najbardziej uzasadnionym jest montaż instalacji ogrzewającej ciepłą wodę użytkową w układzie skojarzonym, np. z kotłem olejowym lub kotłem gazowym.
Wymaga to zastosowania odpowiednich urządzeń automatyki sterującej. Jeśli przyjmiemy, że do produkcji ciepłej wody użytkowej dla jednego mieszkańca potrzeba ok. 1,5 m kw. powierzchni kolektora, wówczas dobrze skonfigurowany całosezonowy system grzewczy c.w.u. wspierany innym źródłem pozwala na zmniejszenie zużycia paliwa o ok. 60 proc. w skali roku. Dla układów wspomagających centralne ogrzewanie przy założeniu, że 0,5 m kw. powierzchni kolektora przypada na 1 m2 powierzchni w budynku możemy się spodziewać oszczędności rzędu 20-30 proc. Kolektory stosowane w instalacjach wspomagających system grzewczy budynku wymagają zapewnienia dobrych ociepleń termicznych obiektu, a zastosowany układ ogrzewania powinien opierać się na niskich parametrach temperaturowych (np. system ogrzewania powietrznego).Należy pamiętać, że w takiej sytuacji zapotrzebowanie na energię cieplną jest największe w okresie, gdy ilość promieniowania słonecznego jest najmniejsza, a to wymaga dużej ilości kolektorów. Pojawia się problem wykorzystania nadwyżki ciepła w okresie letnim. Można ją spożytkować do ogrzewania wody w basenie lub ogrzewać przyziemne chłodne pomieszczenia budynku kumulując tym samym energię cieplną w murach.
Zrób to sam
W Polsce instalacje z kolektorami słonecznymi są mało popularne ze względu na stosunkowo wysokie koszty. Mimo znacznych oszczędności w późniejszej eksploatacji inwestycja nie zawsze okazuje się opłacalna. Proekologiczny charakter przedsięwzięcia umożliwia większym podmiotom ubieganie się dofinansowania między innymi z fundacji Ekofundusz oraz Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Stosownych kredytów preferencyjnych udziela Bank Ochrony Środowiska. Zdaniem przedstawicieli handlowych, zainteresowanie kolektorami jest duże, ale kupujących niewielu. Brakuje odpowiednio uproszczonych możliwości dofinansowań. Obecne mechanizmy sprawiają, że klient musi czekać na otrzymanie dotacji nawet ponad rok.
Niecierpliwym i zaradnym Europejskie Centrum Energii Odnawialnej EC BREC/IBMER proponuje budowę wodnych kolektorów słonecznych metodą gospodarczą. Aby samodzielnie wykonać taki układ należy poznać zasady działania i budowy przetwornika energii słonecznej oraz posiadać proste narzędzia, które zazwyczaj znajdują się w gospodarstwach domowych. Informacje o tym, jak samodzielnie zbudować układ grzewczy z kolektorem, można zdobyć na szkoleniach organizowanych m. in. przez EC BREC/IBMER lub zaopatrując się w odpowiednią literaturę dostępną w księgarniach technicznych. Niezbędną sprawą jest też posiadanie podstawowych umiejętności związanych z obróbką materiałów wykorzystywanych do budowy urządzenia. Budowę instalacji i montaż połączeń można powierzyć hydraulikowi. Koszt samodzielnej konstrukcji jest niższy o 50-60 proc. od zestawu zakupionego. Dobrze zbudowany układ „domowy” może posiadać sprawność zbliżoną do systemów „sklepowych”.
Metoda „zrób to sam” propagowana jest z powodzeniem od kilkunastu lat w Austrii, gdzie warunki słoneczne są podobne do niektórych rejonów w Polsce. Austriacy od 1980 r. wykonali metodą chałupniczą ok. 42 tys. instalacji o łącznej powierzchni 400 tys. m kw.
Artykuł opublikowany pod adresem: http://gigawat.net.pl/article/articleprint/266/-1/32/
|
Copyright (C) Gigawat Energia 2002
|
