Ciepło to jest następnie wprowadzane do znajdującego się w domu lub budynku użyteczności publicznej (np. basen lub szpital) układu centralnego ogrzewania lub układu podgrzania wody basenowej.
Przeciętne nasłonecznienie w Polsce w zależności od miejsca wynosi rocznie od 950 do 1200 kWh na każdy metr kwadratowy poziomej powierzchni. W naszych szerokościach geograficznych promieniowanie całkowite w warunkach optymalnych ma wartość 1000 W/m2. Najczęściej notowane wartości promieniowania słonecznego bezpośredniego dla obszaru całego kraju między godziną 9 a 15 mieszczą się w granicach 600-800 W/m2. Wartości te uzyskane na podstawie długoletnich obserwacji meteorologicznych obalają mit mówiący, że w Polsce nie ma słońca. W praktyce oznacza to, że wykorzystując kolektory słoneczne, można uzyskać do 60% ciepłej wody z energii słonecznej.
Przyjęta norma napromieniowania całkowitego w Polsce wynosi 1000 [kWh/m2*rok], aż 70-80% przypada na ciepłą porę roku, za to w grudniu nasłonecznienie stanowi zaledwie 1-2% sumy rocznej. To duża dysproporcja w okresie dostępności energii słonecznej. Ważne jest także optymalne wykorzystanie okresów przejściowych, tzn. wiosny i jesieni, kiedy promieniowanie słoneczne jest dość silne, ale panująca niska temperatura zewnętrzna powoduje duże straty ciepła. Zmusza to do zastosowania kolektorów próżniowych, które dzięki dobrej izolacji pozyskują energię także podczas półrocza zimnego.
Kolektory słoneczne są gazowe lub cieczowe – chodzi tu o czynniki, które przejmują ciepło i przekazują je wodzie grzewczej. Najbardziej popularne są kolektory cieczowe, a wśród nich kolektory płaskie.
Zadaniem kolektora jest pochłanianie (absorpcja) promieni słonecznych, których energia będzie wykorzystana do celów grzewczych. Kolektor powinien więc dobrze absorbować ciepło, a emitować je w jak najmniejszym stopniu. O tych „umiejętnościach” kolektorów decydują cechy absorbera – elementu, którego zadaniem jest skuteczne pochłanianie ciepła. Informują nas o tym dwa współczynniki:
• współczynnik absorpcji krótkofalowego promieniowania słonecznego – powinien być jak najbliższy wartości 1; w praktyce możemy spotkać kolektory, dla których wartość tego współczynnika wynosi 0,90, a nawet 0,95
• współczynnik emisji promieniowania – w paśmie fal długich powinien być jak najniższy (bliski 0); można spotkać kolektory, dla których współczynnik ten wynosi 0,1.
Absorber może być wykonany z miedzi, mosiądzu lub aluminium. Praktyka pokazuje, że najlepsza jest miedź, ze względu na własności przewodzące. Zapewnia nie tylko wysoką sprawność kolektora, ale też (dzięki wyrównanej temperaturze na całej płycie) maksymalne wykorzystanie energii cieplnej. Aby poprawić pochłanianie promieniowania, absorber pokrywa się odpowiednią powłoką – nieselektywną lub selektywną. Powłoka nieselektywna nie wybiera kierunku przepływu ciepła: znacznie poprawia absorpcję, ale też podwyższa emisję promieniowania. Lepsze są kolektory z powłoką selektywną, która zwiększa absorpcję promieni słonecznych, a obniża emisję.
Powłoki selektywne starszej generacji wykonuje się z czarnego chromu, bardziej nowoczesne – z tlenków tytanu. Pokrycie absorbera powłoką selektywną zwiększa wydajność kolektora nawet o 50%, co pokazuje, jak ważne jest ograniczenie emisji promieniowania. Dodatkowo kolektor zabezpieczony jest przed stratami ciepła za pomocą odpowiedniej izolacji. Stosuje się wełnę mineralną lub poliuretan.
Wybierając między modelami kolektorów, warto zwrócić uwagę na grubość warstwy izolacyjnej. W dobrych kolektorach warstwa ta ma grubość co najmniej 50 mm.
Druga sprawa związana z absorberem to ukształtowanie kanałów, którymi przepływa czynnik grzewczy. Najlepszą formą jest wężownica (jest to praktycznie standard stosowany we wszystkich obecnie produkowanych kolektorach). Na dobre pochłanianie promieniowania wielki wpływ ma szyba kolektora. Powinna być jak najbardziej przezroczysta, a więc wykonana z materiału o niskiej zawartości tlenków żelaza. Jednocześnie szyba powinna być odporna na warunki zewnętrzne, a przede wszystkim na uszkodzenia mechaniczne. Najlepsze są szyby hartowane, o odpowiedniej grubości (w nowoczesnych kolektorach ponad 3 mm) i odporne na gradobicie.
Bardzo ważnym czynnikiem jest sprawność optyczna kolektora. Sprawność zależy także od rodzaju kolektora: dla kolektorów próżniowych jest mniejsza niż dla kolektorów płaskich. W nowoczesnych kolektorach sprawność optyczna przekracza 80%.
Środków finansowych na rozwój energetyki słonecznej można szukać w Narodowym oraz Wojewódzkich Funduszach Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w programach związanych z ochroną powietrza. Zasady aplikowania o środki finansowe są opisane na stronach internetowych powyższych instytucji. Przewiduje się, że w kolejnych latach rozwój energetyki słonecznej również będzie wspierany z krajowych i unijnych środków finansowych, ale dokładne zasady nie są jeszcze znane.
RAFAŁ ODROBIŃSKI
Cały artykuł w numerze 9/2011 Eurogospodarki.