Kolektory słoneczne - informacje, rodzaje, opłacalność

Co to są kolektory słoneczne?

Najprościej rzecz ujmując jest to urządzenie służące do zamiany (konwersji) energii z promieniowania słonecznego w ciepło nośnika energii. Nośnikami najczęściej są ciecze (woda, glikol) rzadziej gazy (powietrze). Spotkać można również kombinację gazów i cieczy (dwufazowe) oraz próżniowe. Szczegóły techniczne przedstawiamy natomiast w tym tekście.

Jakie są rodzaje kolektorów słonecznych?

Ze względu na budowę oraz charakterystykę solary dzielimy na:

Kolektory słoneczne płaskie

Najprostszą budowę mają kolektory słoneczne płaskie. Składają się one z izolacji (spód i boki; najczęściej jest to wełna mineralna), na której rozłożone są wymienniki ciepła (rurki miedziane) połączone z absorberem (blacha miedziana z odpowiednią powłoką). Wszystko to przykryte jest przezroczystym pokryciem - najpopularniejsze jest szkło strukturalne. Są to również jedne z najbardziej trwałych solarów - prosta konstrukcja sprawia, że mogą być eksploatowane przez ponad 25 lat. Co ciekawe, można również wykonać je samodzielnie.

Kolektory słoneczne próżniowe

Kolektory słoneczne próżniowe charakteryzują się tym, że absorber znajduje się w próżni, co zwiększa jego efektywność. Próżnia izoluje od zmian temperaturowych, więc nie ma strat ciepła uzyskanego z energii słonecznej.

Kolektory słoneczne próżniowo-rurowe

Modele próżniowo-rurowe są wyposażone w zwierciadło, które nagrzewa absorber dodatkowo od strony odsłonecznej (czyli od spodu). Wytrzymałość tych solarów na niektóre zjawiska jest jednak znacznie mniejsza: uszkodzić je może grad lub nawet zacinający deszcz. Sama technologia jest również o wiele droższa.

Kolektory słoneczne skupiające

Kolektory skupiające mają zakrzywione zwierciadło, które nakierowuje promienie słoneczne na absorber. Aby były efektywne, to powinny zmieniać one swoje położenie w ciągu dnia i podążać za słońcem. Rozwiązanie to jest zatem droższe w budowie, a i w naszej strefie klimatycznej mniej opłacalne.

Jakie są funkcje solarów?

Kolektory słoneczne widzimy na różnego rodzaju budynkach (przemysłowe, mieszkalne, turystyczne), ponieważ ich przeznaczenie jest dość szerokie. Można nimi:

• podgrzewać wodę użytkową oraz technologiczną,
• wspomagać system centralnego ogrzewania,
• podgrzewać wodę w basenach,
• wykorzystywać do schładzania budynków.

Kolektory słoneczne działają w sposób pasywny, to znaczy że wykorzystują naturalne źródło ciepła. Solary z przemyślaną infrastrukturą towarzyszącą, na przykład odpowiednio zaprojektowaną bryłą budynku i ogrzewaniem grawitacyjnym, sprawiają, że znacznie podnosi się komfort cieplny w pomieszczeniach. Niższe są nakłady finansowe poświęcone na ogrzewanie. Rozwiązania te uwzględnione w projekcie i zrealizowane podczas budowy znacznie obniżają koszty całej inwestycji, ponieważ dom pasywny często nie potrzebuje tradycyjnej instalacji grzewczej.

Opłacalność kolektorów słonecznych

Zacznijmy od tego, że opłacalność ma tutaj co najmniej dwa wymiary: pierwszy określa, czy nasze położenie geograficzne pozwala na efektywne korzystanie z tej technologii. Drugi, jest z nim ściśle powiązany, skupia się jednak na czysto ekonomicznym aspekcie: kiedy taka inwestycja się zwróci, tutaj w grę wchodzą również dofinansowania do kolektorów słonecznych.

W obu przypadkach największą rolę gra przede wszystkim zastosowana technologia. Nie oznacza to, że im droższa tym lepsza. Główny nacisk kładzie się na optymalizację - a tę można osiągnąć metodami chałupniczymi. Przykładem tutaj może być zbiornik na ciepłą wodę: zbyt mały lub ze zbyt krótką (lub niewłaściwie ulokowaną) wężownicą sprawia, że nie wykorzystujemy w pełni instalacji. Nie zwracają nam się zatem poniesione wydatki, co naprawdę może frustrować, jeśli liczyło się na znaczne oszczędności.

Zakładając jednak, że instalacja jest starannie przemyślana, to sezon ogrzewania wody wyłącznie solarami trwa od marca/kwietnia do października. W słoneczne dni zimowe temperatura w instalacji może podnosić się o 10 stopni Celsjusza, to również obniża koszt ogrzewania wody innymi metodami. Można zatem powiedzieć, że kolektory słoneczne można spokojnie stosować i w naszej strefie klimatycznej.

Solary a koszty

A co z ze strefą czysto finansową? Jak zostało już wspomniane, wszystko zależy od zastosowanych rozwiązań - im są one lepiej dopasowane do naszych potrzeb, tym lepiej. Chwalone są bardzo kolektory słoneczne próżniowo-rurowe, jako bardziej efektywne nawet w mniej słoneczne dni i w zimę. Są one jednak znacznie droższe i bardziej podatne na uszkodzenia niż solary płaskie.

W przypadku kolektorów słonecznych czas zwrotu inwestycji jest sprzężony z tym, jak kosztowny był wcześniejszy sposób ogrzewania wody. Im droższe było poprzednie ogrzewanie wody, tym korzystniej na jego tle wypadają solary. Istotna jest jeszcze skala zużycia - im większe (bo na przykład rodzina jest liczniejsza), tym szybciej można odczuć mniejsze wydatki. Wynika to ze skali - im więcej użytkowników i wyższe zużycie, tym inwestycja szybciej się zwraca. Mniej na takiej inwestycji skorzystają osoby samotne lub bezdzietne małżeństwa.

Krótkie wyliczenia opłacalności instalacji kolektorów słonecznych

Jeżeli do wyliczeń przyjmiemy, że zapotrzebowanie na ciepłą wodę dla 3-4 osób wynosi 240 dm3/dzień to w skali roku będziemy potrzebować 2820 kWh. Energię tę można uzyskać zużywając około 300 m3 gazu ziemnego, 300 litrów oleju opałowego lub niemal 3000 kWh energii elektrycznej. Gdy przemnożymy te ilości odpowiednio przez (dopasujcie dane do aktualnych cen, które płacicie w swojej miejscowości) 2,2 zł/m3, 4,10 zł/m3 i 0,6 zł/kWh otrzymamy kwoty 660 zł, 1200 zł i 1800 zł.

Jest to roczny koszt ogrzania CWU. W perspektywie pięciu lat nakłady te są jeszcze bardziej znaczące. W okresie pięciolatki inwestycja zwróci się. Porównajcie je teraz z opłacalnością lokaty bankowej, inwestycji w obligacje czy fundusze powiernicze. Solary to prawdziwe domowe złoto!

Czy warto zainwestować w kolektory słoneczne?

Zajmijmy się najpierw jasną stroną solarów. Przemyślana i starannie wykonana instalacja może w znacznym stopniu ograniczyć wydatki na inne sposoby ogrzewania wody. Kolektory słoneczne możemy dodatkowo wykonać sami, co znacznie zmniejszy potrzebny na ten cel budżet. Przy odrobinie samozaparcia i chęci możemy poprawić jakość ogrzewania w całym budynku.

Korzystając z pełni sezonu możemy również ogrzewać wodę w basenie otwartym (co w polskich warunkach znacznie zwiększa jego atrakcyjność), a wodę, która oddała już ciepło, używać do chłodzenia pomieszczeń. Źródło pozyskiwania ciepła jest darmowe, bezpieczne i względnie stałe, nie jesteśmy więc zależni od jego dostawców prądu.

A jeśli chodzi o wady? Solary są bardziej opłacalne, gdy z ogrzewanej nimi wody korzysta więcej osób. Dla wielu ludzi największą barierą są wysokie koszty inwestycji. Mogą one sięgać od kilku do nawet kilkudziesięciu tysięcy złotych. Dodatkowo bardzo często zdajemy się na fachowców z firm, którzy niekoniecznie zastosują najbardziej optymalne rozwiązania. Dodatkowymi kosztami mogą być również te związane z opłatami za przegląd instalacji.

Bardzo częstym przypadkiem jest wspomniany już wcześniej zbyt mały zbiornik na wodę. Oznacza to, że instalacja nie jest efektywna i nie mamy tyle ciepłej wody, ile moglibyśmy mieć biorąc pod uwagę powierzchnię zbierania energii słonecznej. W takim przypadku też problemem jest to, że nie ma gdzie zostać przekazane ciepło. Skutkiem tego jest przegrzewanie się instalacji i szybsze jej zużywanie.

Jakie są jeszcze mocne i słabe strony? Zaletom i wadom kolektorów słonecznych również poświęciliśmy osobny artykuł.