Kiedy na niemieckich dachach kolektory słoneczne wyrastają jak grzyby po deszczu, zbyt wielu Polaków wciąż zdaje się nie dostrzegać korzyści wypływających z tego źródła energii. Właściwie dobrany system solarny może obniżyć koszty podgrzania wody w Twoim gospodarstwie domowym o 60 procent. Co więcej, można uzyskać sporą dopłatę na jego zakup.

Na początek wytrącimy argumenty przeciwnikom stosowania energii słonecznej w polskich gospodarstwach domowych, którzy uważają, że podstawowym problemem jest nasze położenie geograficzne. Owszem, nie jesteśmy Grecją ani Hiszpanią. Graniczymy z Bałtykiem, a nie z Morzem Śródziemnym. Okazuje się jednak, że nie jest to przeszkodą. Najwięcej kolektorów słonecznych w Europie instaluje się nie na południu Włoch albo Francji, tylko w Niemczech, które leżą mniej więcej na tej samej szerokości geograficznej co Polska. Poza tym jest to naród niezwykle pragmatyczny i uporządkowany. Należy więc przypuszczać, że popyt na systemy solarne nie wynika raczej z kaprysów albo mody, lecz jest dyktowany prostym rachunkiem ekonomicznym. Poza tym kto powiedział, że Polska to bezsłoneczna kraina ciemności? Wyliczono, że na każdy metr kwadratowy naszego pięknego kraju pada pod postacią promieni słonecznych średnio 1000 kWh czystej energii. Dla porównania, używając elektrycznego podgrzewacza wody o mocy ok. 20 kW, 1000 kWh wystarczy, aby zapewnić blisko 30 tys. litrów wody podgrzanej do temperatury ok. 40oC.

Prawdą jest, że większość słonecznych dni przypada na wiosenno-letnie półrocze (ok. 77 proc.), niemniej jednak także jesienią i zimą zdarzają się słoneczne dni, dzięki czemu standardowa instalacja c.w.u może być w znaczącym stopniu wspomagana energią słoneczną, obniżając tym samym zużycie prądu lub węgla czy drewna.

Warto też wiedzieć, że nawet w pochmurne dni dociera do nas rozproszone przez chmury promieniowanie słoneczne. Niektóre typy kolektorów solarnych potrafią je wychwycić i zamienić na ciepło. Z poniższej tabeli dowiesz się ile energii słonecznej dociera do ziemi podczas różnych warunków pogodowych.

Pogoda Energia słoneczna w W/m2
Słonecznie, doskonała przejrzystość powietrza 1000
Małe zachmurzenie, dobra przejrzystość powietrza 600
Duże zachmurzenie, średnia przejrzystość powietrza 300
Całkowite zachmurzenie, słaba przejrzystość powietrza 100

Tyle chyba wystarczy, żeby przekonać sceptyków. Co zatem mamy do wyboru?

Rodzaje

Współczesna technologia pozwala wykorzystywać promieniowanie słoneczne w dwójnasób – do produkcji energii elektrycznej i energii cieplnej. Oba sposoby wymagają zastosowania odrębnych urządzeń, które są w naszym kraju bardzo często mylone. Energię elektryczną wytwarzają ogniwa fotowoltaiczne, zaś energię cieplną kolektory solarne. Dzisiaj skupimy się na tych drugich.

Oto podstawowy podział oferowanych w Polsce kolektorów solarnych:

  • kolektory płaskie
  • kolektory próżniowo-rurowe

Kolektory płaskie

Kolektor płaski Watt 4020 S o bardzo wysokiej sprawności optycznej sięgającej niemal 85 %
Kolektor płaski Watt 4020 S
o bardzo wysokiej sprawności optycznej
sięgającej niemal 85%
To konstrukcje proste i niezawodne. Składają się z kilku warstw:

  • szyby solarnej
  • absorbera
  • rurek z czynnikiem grzewczym
  • izolacji

Całość ma kształt prostokąta i osadzona jest w aluminiowej ramie.

Szyba solarna to grube, hartowane, często 4-milimetrowe szkło.

Funkcję absorbera pełnią najczęściej płytki aluminiowe lub miedziane. Miedziane są droższe i wykazują lepsze właściwości – szybciej się nagrzewają i lepiej oddają ciepło.

Rurki z czynnikiem grzewczym mogą być poprowadzone na dwa sposoby – harfowo, czyli tak jak struny w harfie od góry do dołu lub meandrycznie – jedna rurka wijąca się na całej powierzchni absorbera.

Czynnik grzewczy stanowi łatwo nagrzewający się, odporny na zamarzanie płyn.

Izolacja ma za zadanie zmniejszyć straty cieplne. W przypadku kolektorów płaskich jest to najczęściej wata szklana.

Dużą zaletą tego typu urządzeń w porównaniu do kolektorów próżniowych jest wysoka sprawność optyczna. Wadą natomiast są duże straty ciepła, w sytuacjach kiedy temperatura powietrza jest niska.

Panele płaskie muszą zostać odpowiednio ustawione względem Słońca – w kierunku południowym pod kątem ok. 45 stopni. Nie da się ich umieścić na wszystkich dachach. Pocieszające jest to, że dostępne są specjalne platformy, na których można ustawić kolektory np. obok budynku.

Kolektory próżniowo-rurowe

Kolektor próżniowo-rurowy Sunti SPV z zastosowaniem ciepłowodu i konstrukcji termosowej
Kolektor próżniowo-rurowy Sunti SPV z zastosowaniem
ciepłowodu i konstrukcji termosowej
Są o wiele bardziej zaawansowane technologicznie, mają bardziej skomplikowaną budowę, i co za tym idzie, są dużo droższe  od kolektorów płaskich. Bywa, że nawet dwukrotnie. Mają za to o wiele mniejsze straty ciepła. Niektóre pracują także w pochmurne dni, wykorzystując promieniowanie rozproszone.

Kolektor składa się ze szklanych tub, w których znajduje się absorber oraz rurki bądź rurka z czynnikiem grzewczym. Co ważne, w tubie panuje próżnia. Dzięki temu niemal całe odbierane z promieni słonecznych ciepło przekazywane jest do czynnika grzewczego. Próżnia pełni funkcje izolacyjne, dzięki czemu nawet przy niskiej temperaturze zewnętrznej nie ma większych strat ciepła.

Na jeden kolektor przypada kilka lub kilkanaście szklanych rur, w których panuje próżnia.

Urządzenia tego typu dzielą się na kolejne trzy rodzaje:

  • z przepływem bezpośrednim
  • z ciepłowodem
  • z wysokorefleksyjnym zwierciadłem parabolicznym (koncentryczne)

Wewnątrz tuby w kolektorach z przepływem bezpośrednim znajdują się dwie rurki – jedną wpływa zimny, drugą zaś zostaje odprowadzony ogrzany czynnik grzewczy, który następnie ogrzewa wodę.

Najczęściej kolektory z przepływem bezpośrednim mają konstrukcję termosową (określane mianem dwuściennych). W szklanej tubie, w próżni znajduje się druga szklana tuba, przez którą przebiegają rurki z czynnikiem grzewczym. Tubę wewnętrzną otacza absorber. I tu właśnie należy szukać wad tej technologii. Zanim absorber zacznie przekazywać ciepło do czynnika grzewczego, najpierw musi ogrzać otaczające szkło. A na to potrzeba czasu.

Niektórzy uważają też, że przepływ bezpośredni wywołuje jeszcze jeden problem – powstawania w rurkach z czynnikiem grzewczych osadów, które mogą je zablokować.

Takiego zagrożenia nie ma w przypadku zastosowania ciepłowodu (z angielskiego heat pipe). Przez środek tuby biegnie jedna rurka, w której znajduje się czynnik grzewczy o stosunkowo niskiej temperaturze parowania (25 – 30oC). W momencie, kiedy wspomnianą temperaturę osiągnie, para unosi się i skrapla w głowicy urządzenia, oddając ciepło. Skroplona ciecz spada do dołu i nagrzewa się ponownie, paruje itd.

Kolektory z ciepłowodem mogą być zbudowane na dwa sposoby:

  • termosowo jak kolektory z przepływem bezpośrednim, czyli z zastosowaniem absorbera otaczającego wewnętrzną tubę
  • z pojedynczą tubą szklaną i płaskim absorberem przylegającym bezpośrednio do rurki z czynnikiem grzewczym (określane mianem jednościennych)

Drugi sposób pozwala na znacznie szybsze rozpoczęcia ogrzewania czynnika grzewczego.

Tuby w kolektorach z przepływem bezpośrednim, jak i w tych z ciepłowodem można obracać wokół osi. Dzięki temu łatwo jest odnaleźć optymalne położenie w stosunku do słońca niezależnie od tego, w którą stronę skierowana jest połać dachu.

Schemat odbijania promieni słonecznych od luster w kolektorach CPC
Schemat odbijania promieni słonecznych
od luster w kolektorach CPC
Takie rozwiązanie nie jest potrzebne w kolektorach próżniowo-rurowych z wysokorefleksyjnym zwierciadłem parabolicznym (tzw. CPC).  Dno zewnętrznych szklanych tub stanowią zwierciadła, które kierują odebrane promieniowanie wprost na absorber i rurki z czynnikiem grzewczym, gwarantując najwyższą możliwą sprawność grzewczą niezależnie od pogody czy pory dnia. Polecamy.

Kolektory próżniowo-rurowe nie są pozbawione wad. Zimą, kiedy teoretycznie powinny wykazywać się znacznie lepszą sprawnością grzewczą, w rzeczywistości mogą mieć sprawność niższą. Wystarczy, że szklane tuby pokryją się warstwą lodu. W przypadku kolektorów płaskich, gdzie nie występuje próżnia, szkło stanowiące zewnętrzną powierzchnię nagrzewa się, przez co pokrywa lodu ulega roztopieniu. Powierzchnia kolektorów próżniowo-rurowych nie nagrzewa się tak szybko, toteż lód pozostaje na niej dłużej, ograniczając dostęp promieni.

Zwolennicy kolektorów płaskich twierdzą również, że modele próżniowo-rurowe są mniej odporne na ekstremalne czynniki pogodowe, np. grad. Zarzut ten jest jednak chybiony. Producenci systemów próżniowo-rurowych stosują obecnie grube szkło i gwarantują odporność rurek na uderzenia kul gradowych.

Normy i certyfikaty

Kolektory i solarne nie są tanimi urządzeniami i stanowią inwestycję na długie lata. Lepiej zatem upewnić się, że wybrany system nie jest bublem. Tylko jak to zrobić? Odpowiedź jest prosta: sprawdzić, czy spełnia wymagania norm: EN 12975-1 oraz EN 12975-2 dla kolektorów słonecznych a także EN 12976-1 oraz EN 12976-2 dla całych systemów solarnych.

Najważniejsza jest norma EN 12975-2:2007. Określa ona zasady testowana urządzeń. Kolektory zostają poddane badaniom pod kątem:

  • charakterystyki cieplnej
  • temperatury stagnacji (najwyższej możliwej temperatury w trakcie nieużytkowania)
  • ekspozycyjności
  • odporności na wysoką temperaturę
  • szoku termicznego zewnętrznego i wewnętrznego
  • szczelności na wodę deszczową
  • odporności na zamarzanie
  • odporności na uderzenia

Najbardziej poważanym certyfikatem potwierdzającym zgodność danego modelu kolektora ze wspomnianymi normami jest Solar Keymark. Znak ten przyznawany jest przez kilka ośrodków badawczych w Europie. Jeżeli chcesz mieć zestaw solidnych i efektywnych kolektorów solarnych, szukaj modeli certyfikowanych w oparciu o normę EN 12975-2:2007. Nadany znak Solar Keymark świadczy o wysokiej jakości danego urządzenia.

Tutaj znajdziesz listę produktów ze znakiem Solar Keymark.

Na stronie www.estif.org/solarkeymarknew znajdziesz też informacje na temat jednostek certyfikujących.

Parametry

Wybierając kolektory słoneczne musisz przygotować się na bombardowanie całą masą informacji o różnego rodzaju parametrach. Warto wiedzieć, które z nich są istotne, a które nie. Ze względów technicznych warto wiedzieć jaką dane urządzenie ma wagę i rozmiary. Dzięki temu dowiesz się, czy dach Twojego, dajmy na to domku letniskowego, pomieści i uniesie kilka kolektorów.

Z punktu widzenia użytkowników, są jednak kwestie ważniejsze niż waga i rozmiary. Oto na co warto zwrócić uwagę:

  • sprawność optyczna
  • współczynnik przenikania ciepła
  • powierzchnia kolektora

Sprawność optyczna

Im wyższa tym lepiej. Określona jest symbolem ƞo i podawana w procentach. Wartość ta oznacza najwyższą możliwą sprawność przy braku strat ciepła. Tłumacząc na język polski, pokazuje nam, jaką część docierającej do kolektora energii słonecznej jest on w stanie przetworzyć na energię cieplną przy optymalnych warunkach. Płaskie kolektory słoneczne uzyskują sprawność optyczną grubo powyżej 80 proc.

Specjaliści od marketingu i reklamy próbują często mydlić konsumentom oczy podając jedynie wartość absorpcji i emisji absorbera, które w przypadku większości urządzeń wynoszą odpowiednio 95 i 5 proc., kiedy sprawność optyczna pozostaje np. na poziomie 55 proc. i nie jest w ogóle podawana.

Parametr ten podawany jest również jako współczynnik sprawności. Przykładowy zapis wygląda następująco: ETA 0 = 0,575. Odpowiada to ƞo=57,5%. Im bliżej jedynki, tym lepiej.

Współczynnik przenikania ciepła

Im niższy, tym lepiej. Ten parametr wskazuje skuteczność izolacji termicznej. Mówiąc prościej, informuje nas o stratach ciepła w sytuacji, kiedy temperatura absorbera wzrasta w stosunku do temperatury otoczenia. Izolacja odgrywa tutaj ogromną rolę. Dlatego w przypadku kolektorów płaskich, gdzie izolację stanowi najczęściej wata szklana, współczynnik przenikania ciepła jest zazwyczaj dość wysoki. Tymczasem dla kolektorów próżniowych jest o wiele niższy, ponieważ próżnia stanowi doskonałą barierę dla przenikania ciepła na zewnątrz.

Parametr ten oznaczany jest najczęściej symbolami a1 (współczynnik przenikania ciepła liniowy) i a2 (współczynnik przenikania ciepła kwadratowy). Oto przykładowy zapis:

a1=4,17 W/(m2K)
a2=0,0077 W/(m2K2)

Im wyższy współczynnik przenikania ciepła, tym niższa sprawność kolektora w warunkach dużej różnicy temperatur.

Podsumowując: sprawność optyczną oraz współczynniki przenikania ciepła liniowy i kwadratowy pozwalają określić rzeczywistą sprawność kolektora w każdych warunkach. Bez wyliczeń możemy Ci jednak podpowiedzieć, że kolektory płaskie będą bardziej wydajne latem, zaś próżniowe jesienią i zimą.

Powierzchnia kolektora

Wiadomo, im większa powierzchnia kolektora, tym więcej energii można złowić. Problem w tym, że sprzedawcy i producenci nie zawsze podają nam rzeczywiste dane, zaciemniając obraz określeniami typu „powierzchnia brutto”. Bardziej uczciwi rzetelnie informują klientów o rzeczywistej powierzchni apertury (tzw. powierzchni czynnej, czyli szyby przyjmującej promieniowanie słoneczne) i absorbera. Wspomniana wcześniej tzw. powierzchnia brutto określa rozmiary całego urządzenia razem z ramą. Tymczasem najbardziej istotna jest właśnie powierzchnia apertury. W przypadku kolektorów płaskich jest identyczna lub niemal identyczna jak powierzchnia absorbera. W systemach próżniowo-rurowych jest sporo większa.

Jak dobrać system solarny?

System solarny Hewalex 2 KRS10-200W z podgrzewaczem o pojemności 200 l.
System solarny Hewalex 2 KRS10-200W
z podgrzewaczem o pojemności 200 l.
Kupując kolektory słoneczne, należy też pamiętać, że cała instalacja składa się też z innych elementów. System solarny to także podgrzewacz c.w.u oraz cała masa rurek, przewodów i sterowników. Dobierając system dla siebie i swojej rodziny, zwróć uwagę przede wszystkim na pojemność podgrzewacza c.w.u. Na jedną osobę warto zabezpieczyć co najmniej 50 litrów gorącej wody dziennie. Jeśli zatem przyjmiemy wzorcowy model rodziny 2 + 2, konieczne będzie kupno podgrzewacza o pojemności przynajmniej 200 l.

Przyjmując średnie dane, jeden kolektor słoneczny jest w stanie podgrzać dziennie ok. 100 litrów wody. Rzecz jasna wiele zależy od omówionych wcześniej parametrów. Niektóre kolektory podgrzeją przy sprzyjających warunkach 150 litrów lub więcej. Przyjmujemy jednak, że przeciętny system solarny z 200 litrowym podgrzewaczem potrzebuje dwóch kolektorów słonecznych o powierzchni apertury ok. 2 m2.

Jeśli nastawiasz się na podgrzewanie wody głównie w okresie wiosenno-letnim, zdecyduj się na kolektory płaskie. Są tańsze i mają wyższą sprawność optyczną. Kiedy jednak nadchodzą jesienne i zimowe chłody, ich sprawność spada. Dlatego dla osób zamierzających stosować energią słoneczną do ogrzewania wody przez cały rok, a także do wspomagania centralnego ogrzewania lepszym wyborem, ze względu na niski współczynnik przenikania ciepła, będą kolektory próżniowo-rurowe.

Producenci i ceny

Wzrastające zainteresowanie systemami solarnymi, spowodowało, że na rynku pojawiła się przeogromna liczba producentów kolektorów słonecznych. Lista produktów certyfikowanych znakiem Solar Keymark zbliża się do 2000! Kierując się patriotyzmem, pozwolimy sobie przytoczyć w przypadkowym porządku jedynie część firm działających w Polsce. Oto one:

  • Hewalex
  • Watt
  • Makroterm
  • Energetyka Solarna Ensol
  • Centropol
  • Sunex
  • MM Solar
  • Jarus CMD
  • Sun Energa
  • Eco Jura
  • Fakro
  • ACV Polska
  • PPUH Lemet
  • Depsol

Rozpoczynając akapit o cenach, na wstępie należy zaznaczyć, że Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oferuje dotacje w wysokości 45 procent do kredytów zaciągniętych na instalację systemów solarnych do podgrzewania wody w gospodarstwach domowych.

Cena najtańszego kolektora płaskiego to ok. 1000 zł, najdroższych nieco powyżej 3000 zł.

Cena najtańszych kolektorów próżniowych to koszt przynajmniej 2500 zł. Za najdroższe zapłacisz nawet 6000 zł za sztukę.

Koszt zakupu całego systemu solarnego oscyluje w zależności od zestawu (pakiet solarny) w granicach 6000 – 20000 zł.

Podsumowanie

Korzyści ze stosowania kolektorów słonecznych jest wiele. Najbardziej odczuwalne dotyczą oczywiście portfeli osób, które zdecydowały się postawić na energię solarną. Nie należy jednak zapominać o tym, że im większy udział czystej energii w naszych domach, tym mniejsza emisja gazów cieplarnianych i większa szansa na spowolnienie niekorzystnych zmian pogodowych. Zachowanie równowagi klimatycznej trudno przeliczać na pieniądze, wiadomo jednak, że efekt cieplarniany może przynieść straty, których wiele państw nie będzie w stanie unieść.
Za pomocą kolektorów słonecznych podgrzejesz nie tylko kranówkę, lecz również wodę w basenie i rurach centralnego ogrzewania. Słońce świeci za darmo. Wystarczy tylko jednorazowa inwestycja i będzie ono płacić Twoje rachunki.
Wybierając kolektory słoneczne, zwróć uwagę na gwarancję producenta. Zazwyczaj jest to 10 lat. Niektóre firmy dają jednak więcej, inne mniej. Warto poszukać jak najkorzystniejszej oferty.

Życzymy jak najwięcej słonecznych dni!