|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 06/2002
Wojsko już się podpina - "Włącz się" do Słońca!
|
|
Absorber pochłania promieniowanie słoneczne i zamienia je w ciepło. Niezamarzająca ciecz (lub inny nośnik) odprowadza uzyskane ciepło systemem rur do wymiennika ciepła, który może posłużyć do przygotowania ciepłej wody użytkowej, ogrzewania budynków czy wody w basenach. Kompletne słoneczne urządzenie grzewcze zawiera jeszcze zbiornik, regulator elektroniczny, naczynie zbiorcze, pompę obiegową oraz cały szereg innego niezbędnego wyposażenia.
|
Tak działa kolektor słoneczny, urządzenie przetwarzające promieniowanie słoneczne na ciepło, mające zastosowanie w domach prywatnych, budynkach użyteczności publicznej, budynkach komercyjnych, systemach grzewczych basenów itp.
Człowieka od samego początku fascynowało słońce i możliwości jego praktycznego wykorzystania. Realne pomysły pojawiły się stosunkowo późno (nie licząc zegara słonecznego). Dopiero w 1913 roku w Egipcie powstała pierwsza pompownia wody napędzana energią słoneczną, a w latach 40. pojawiły się pierwsze bardzo proste i mało wydajne kolektory. Dziś, choć są one bardziej skomplikowane i precyzyjne, a materiały służące do ich realizacji są wynikiem najnowszych osiągnięć technologicznych (np. związki tworzące powłokę absorbera, specjalny system rur w skupiających kolektorach rurowych), to zasada ich działania nie uległa rewolucyjnej zmianie.
Ostatnie lata przyniosły również rozwiązanie dotyczące prądu elektrycznego, wytwarzanego z promieniowania słonecznego. W takim przypadku prąd elektryczny powstaje w wyniku zastosowania specjalnych, wizualnie podobnych do kolektorów, ogniw fotowoltaicznych (działają one na zasadzie zamiany energii promieniowania bezpośrednio na różnicę potencjałów - czyli prąd elektryczny).
Ale w jaki sposób następuje przetworzenie energii promieniowania słonecznego na ciepło?
Choć z pozoru wydaje się to niezwykle skomplikowane, w rzeczywistości bardzo krótko można wytłumaczyć ten proces. Promienie słoneczne padają na szybę, która stanowi zewnętrzną powierzchnię kolektora i chroni go przed deszczem oraz wszelkimi zanieczyszczeniami atmosferycznymi. Część z nich zostaje odbita od powierzchni szyby, ale większość przechodzi przez nią i jest pochłaniana przez absorber. Absorber jest to idealnie czarna powierzchnia (powierzchnię absorbera stanowią różne, w zależności od producenta, kombinacje związków aluminium), która pochłania promieniowanie i zamienia je na ciepło. Odbiera je absorbnica, czyli miedziane rury wypełnione niezamarzającą cieczą (w przypadku kolektorów powietrznych - powietrzem), która dostarcza ciepło bezpośrednio do zbiornika buforowego, czyli zbiornika ciepłej wody lub też centralnego ogrzewania.
Na rynku dostępnych jest obecnie kilka rodzajów kolektorów, zróżnicowanych pod względem konstrukcji. Najbardziej rozpowszechnione i najlepiej znane są płaskie kolektory promieniowania słonecznego, zwane też kolektorami płytowymi. Swoją nazwę zawdzięczają kształtowi nie tyle samego kolektora, ale jego absorbera. Płaskie kolektory pozwalają w prosty i efektywny sposób pozyskiwać energię słoneczną dla zastosowań, które wymagają nośników energii o temperaturze do 100 st. C ponad temperaturę otoczenia. Używa się ich w instalacjach przygotowania ciepłej wody użytkowej, w rolnictwie, a także do ogrzewania pomieszczeń, ich wentylowania i uzdatniania w nich powietrza itp. W płaskich kolektorach powietrznych czynnikiem odbierającym energię z kolektora jest powietrze, natomiast przez kolektory cieczowe przepływa woda, różnego rodzaju mieszanki niezamarzające (najczęściej glikol) lub też ciecze niskowrzące, np. freony. Istotą działania kolektora płaskiego jest wykorzystanie w jego konstrukcji efektu cieplarnianego. Szkło, z którego wykonane są szyby przykrywające absorber, jest w dużym stopniu przepuszczalne dla krótkofalowego promieniowania słonecznego, z kolei ma znikomą transmisyjność dla promieniowania długofalowego emitowanego przez absorber. Efektem tego jest wzrost temperatury powierzchni absorbującej, zależny od gęstości pochłanianego strumienia, strat cieplnych do otoczenia i aktualnych warunków odbioru energii użytecznej z kolektora.
W kolektorach skupiających, zwanych też koncentratorami, promieniowanie słoneczne jest zbierane ze znacznie większej powierzchni niż powierzchnia absorbera odbierającego to promieniowanie. Można w ten sposób uzyskać znacznie wyższą temperaturę absorbera niż w przypadku kolektorów płaskich. Ciekawym rozwiązaniem są również kolektory podążające za ruchem tarczy słonecznej. Posiadają heliostat (nazwa może się różnić w zależności od producenta) - układ naprowadzający kolektor na słońce. Steruje on nadążaniem kolektora za tarczą słoneczną - czyli najsilniejszym w danej chwili promieniowaniem słonecznym. Kolektory podążające za słońcem obracają się wokół własnej osi szukając najsilniejszego promieniowania. Są one wydajniejsze od kolektorów tradycyjnych, umieszczonych punktowo. Producent deklaruje o ponad 30% wyższą wydajność, ich użytkownicy dodatkowo cieszą się ze znacznych walorów estetycznych, a ponadto... trudno je przeoczyć, gdyż niewątpliwie podwyższają atrakcyjność budynku i budzą zaciekawienie przechodniów (szczególnie dużo takich budynków znajduje się na Podhalu).
Kolektory słoneczne cieszą się coraz większą popularnością, niezależnie od szerokości geograficznej. Znajdują zastosowanie praktycznie wszędzie - począwszy od domów jednorodzinnych, budynków użyteczności publicznej czy obiektów komercyjnych - poprzez ich wykorzystanie dla celów wojskowych i przemysłowych, ale także dla celów rozwoju cywilizacyjnego w niedostępnych obszarach naszego globu.
Trudno to sobie wyobrazić, ale w XXI wieku nadal istnieją miejsca gdzie nie ma elektryczności, ciepłej wody, a ludzie nie słyszeli ani o ogrzewaniu, które gwarantuje ciepło w dżdżyste i chłodne dni, ani o chłodzeniu, które przedłuża trwałość pożywienia.
Projekt "Odległe Wioski", którego patronem jest firma BP Solar, ma za zadanie zaopatrzyć te tereny w ciepło i elektryczność wykorzystując w tym celu jedynie promieniowanie słoneczne. W najbardziej odległych, trudnodostępnych miejscach globu promieniowanie słoneczne jest najbardziej technicznie i finansowo efektywnym sposobem zapewnienia podstawowych potrzeb egzystencjalnych.
Projekt ten realizowany od niespełna kilku lat przyniósł już konkretne efekty w oddalonych wioskach Azji Południowo-Wschodniej: głównie na Filipinach i w Indonezji. W 2001 roku BP Solar podpisała z rządami Filipin i Hiszpanii (który współfinansuje tę inwestycję) umowę na największy na świecie niekomercyjny "projekt słoneczny". Dotyczy on Filipin, zamieszkiwanych przez blisko 400 tysięcy ludzi pozbawionych dostępu do podstawowych osiągnięć cywilizacyjnych. Dzięki inwestycji wartości 48 mln USD, kolektory słoneczne będą dostarczać do domów, szkół i szpitali ogrzewanie i ciepłą wodę, a ogniwa fotowoltaiczne będą wytwarzać prąd elektryczny.
Kolektory słoneczne czerpią energię z promieniowania słonecznego, które należy do odnawialnych źródeł energii. Jest to fakt godny podkreślenia, gdyż jest to źródło w 100% ekologiczne - nie tylko nie ma możliwości jego wyczerpania, ale także nie powoduje ono żadnych szkód dla środowiska. Unia Europejska promując wszelkie odnawialne źródła energii, skupia się na popularyzacji ich powszechnego wykorzystania. Dla realizacji tego wspólnotowego celu stworzono specjalny program edukacyjno-pomocowy pod hasłem: "Kampania na rzecz zmiany". Ma on na celu pobudzenie zainteresowania ekologicznymi źródłami energii, a także promowanie wszelkich rozwiązań z nimi związanych. Celem kampanii jest nie tylko uświadomienie aspektów ekologicznych, ale przede wszystkim promowanie wykorzystywania alternatywnych źródeł energii w niektórych sektorach gospodarki, organizacjach terytorialnych i indywidualnych gospodarstwach domowych.
Na bazie tego programu stworzono deklarację "Renewable Energy Partnership", która zobowiązuje podpisujące ją osoby i instytucje do podjęcia starań, aby w nadzorowanych przez nie obiektach zapotrzebowanie na energię było docelowo pokrywane w 100% ze źródeł odnawialnych. Unia ze swej strony oferuje dofinansowanie projektów opartych na odnawialnych źródłach energii oraz stałą kontrolę zapotrzebowania energetycznego. Warto w tym miejscu wspomnieć, że większość z tych projektów dotyczy systemów kolektorów słonecznych dostarczających ogrzewanie i ciepłą wodę na potrzeby nie tylko pojedynczych domów, ale też ogromnych instytucji - np: banków, uczelni czy akademików.
Pomysł promowania kolektorów słonecznych jako ekologicznego rozwiązania przywędrował do Europy z daleka... a mianowicie ze Stanów Zjednoczonych, a dokładniej z Texasu - ojczyzny kolektorów słonecznych w USA. Idea kolektorów jest tam niezwykle popularna. Promuje ją stowarzyszenie pod nazwą "The Sun Club Energy". Skupia ono użytkowników i zwolenników energii słonecznej, a głównym jego celem jest popularyzacja tego rozwiązania i inicjowanie budowy systemów kolektorów słonecznych wszędzie tam, gdzie jest to tylko możliwe.
Co ciekawe Amerykanie reprezentują inne podejście merytoryczne do zagadnienia. Dla nich liczą się nie oszczędności finansowe wynikłe z użytkowania kolektorów, ale ekologiczny wymiar problemu - brak emisji zanieczyszczeń do środowiska w jakiejkolwiek postaci.
8 maja 2002 roku z inicjatywy "The Sun Club Energy" uroczyście otwarto system kolektorów słonecznych na dachu szkoły w Dallas. Na podstawie szczegółowych wyliczeń stwierdzono, że dzięki tej pojedynczej instalacji do środowiska nie zostanie wyemitowane 68 ton CO2, a tym samym zostanie ocalonych 9100 drzew lasów tropikalnych oczyszczających powietrze ze szkodliwych substancji. Akcji stowarzyszenia i wspierających ją firm z branży słonecznej towarzyszy hasło "czysta, bezpieczna energia".
Kolektory sprawdzają się także w trudnych polowych warunkach - są ciche, niezawodne i łatwe w transporcie. Gwarantują żołnierzom przebywającym w ciężkich warunkach terenowych i klimatycznych komfort posiadania ciepłej wody i ogrzewanych pomieszczeń.
Wojsko umie liczyć, stąd coraz częściej można spotkać kolektory na dachach budynków wojskowych - zarówno biurowych jak i mieszkalnych - także u nas w Polsce.
Kolektory stają się coraz bardziej popularne. Coraz częściej możemy je zauważyć na dachach budynków, tankując na stacji benzynowej parkujemy już pod wiatą złożoną z kolektorów słonecznych, podróżując po Stanach Zjednoczonych z pewnością nie ominiemy licznie występujących tam elektrowni słonecznych złożonych z pól kolektorów... Co nas jeszcze może czekać w tej dziedzinie?
Z pewnością przyszłością w wykorzystywaniu energii słonecznej, obok kolektorów i ogniw fotowoltaicznych, jest odległa na razie w czasie produkcja paliw słonecznych, czyli produktów fotokatalitycznego lub elektrolitycznego rozkładu wody na wodór i tlen.
Szybciej dostępne w praktycznym i masowym wykorzystaniu będą z pewnością systemy gospodarowania światłem naturalnym (określane dość powszechnie jako "daylighting") dostarczające naturalne światło do miejsc, w które ono w normalnych warunkach nie dociera. Umożliwi to np. oświetlenie piwnic czy też podziemnych parkingów za pomocą wiązki światłowodów.
Ewa Ginalska
Piotr Ginalski
|
|
|
|
