Ogrzewanie wody za pomocą kolektorów słonecznych

MapaZanim jednak omówimy dokładnie to zagadnienie, trzeba odpowiedzieć na pytanie, jakie jest właściwie natężenie promieniowania słonecznego w naszym kraju. Jest ono różne w zależności od regionu i wacha się od 900 – 1200 kWh/m2 (kilowato-godziny na metr kwadratowy). Widać to na mapce, opracowanej na podstawie danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Oczywiście są to dane orientacyjne. Faktyczna ilość promieniowania, które pada na kolektor, jest uzależniona od kilku innych czynników o czym powiemy w dalszej części. 

Kolektory mogą być używane przez cały rok, gdyż nawet jeśli podgrzeją wodę tylko o 3 stopnie Celcjusza, ich stosowanie jest opłacalne. Największa efektywność przypada natomiast na okres od kwietnia do września. Orientacyjne zyski z użytkowania kolektora płaskiego obrazuje poniższy wykres: 

Budowa kolektorów słonecznych 

A oto kolejne pytanie – co to jest właściwie kolektor słoneczny? Jest to urządzenie do odbioru ciepła z promieniowania słonecznego i przeniesienia go w ciecz roboczą, która z kolei ogrzewa wodę w zbiorniku (bojlerze). Rozróżniamy kilka rodzajów kolektorów słonecznych, mi.: kolektory płaskie oraz kolektory próżniowe. Ze względu na cenę i prostotę konstrukcji najpopularniejsze są kolektory płaskie. Kolektory zawsze muszą składać się z kilku warstw: 

1. Przezroczysta pokrywa – najlepiej wykonana ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza. Raczej nie stosuje się pokryw z tworzyw sztucznych, gdyż niszczeją się stosunkowo szybko pod wpływem wysokich temperatur, promieniowania UV oraz mogą na nich powstawać zarysowania które obniżą przepuszczalność promieni słonecznych. Zastosowanie pryzmatycznej szyby szklanej może znacznie polepszyć wydajność kolektorów.
2. Absorber – główny element kolektora słonecznego. Powinien być wykonany z metalu dobrze przewodzącego ciepło; najczęściej jest to miedź (najlepiej) albo aluminium. Metal ten jest pokryty substancjami, tworzącymi jego powłokę. W zależności od rodzaju kolektora, może być to powłoka nieselektywna (bardzo dobrze absorbuje ciepło, ale także dużo go emitują) lub selektywna (również bardzo dobrze absorbuje ciepło, a jednocześnie ogranicza emisję). Powłoki nieselektywne wykonuje się z czarnych lakierów, teraz stosuje się powłoki selektywne tzw TiNOX. Oczywiście powłoki selektywne są znacznie lepsze. Do płyty absorbera przylutowane są rurki, przez które przepływa ciecz robocza.
3. Izolacja i obudowa – aby kolektor nie oddawał ciepła do otoczenia, musi być izolowany. Jako izolator stosuje się najczęściej wełnę mineralną lub poliuteran. Całość mieści się w obudowie kolektora (najczęściej aluminiowej), która powinna być szczelna. 
Kolektory słoneczne można instalować wszędzie, w dowolnej konfiguracji. Mogą być instalowane zarówno na dachu jak i na ziemi – na stojaku. Aby jednak otrzymać najlepsze efekty, warto trzymać się następujących wskazówek:

  • kolektor powinien być zwrócony stroną szklaną na południe. 
  • kolektor powinien być pochylony o ok. 45 stopni względem poziomu – jest to kąt idealny przy wykorzystaniu kolektora od lutego do listopada. 
  • jeżeli kolektor ma być używany tylko w miesiącach letnich (np. do ogrzewania wody w basenie lub do domku letniego), należy go zainstalować pod kątem 30 stopni. 
  • kolektory należy instalować w miejscu niezacienionym przez drzewa, krzaki itp.
  • wskazane jest stosowanie – jako czynnika roboczego – specjalnych cieczy: ograniczają one odkładanie się minerałów na kolektorze i eliminują zagotowaniu się cieczy.