Kolektory słoneczne - poradnik

Wskazówki dotyczące doboru kolektorów

Wysoka sprawność optyczna nie gwarantuje najwyższych możliwych uzysków energii. Parametr ten opisuje możliwą sprawność kolektora w sytuacji gdy różnica między temperaturą otoczeniem, a średnią temperatura czynnika w kolektorze wynosi 0^oC. Innymi słowy opisuje sytuację, w której kolektor nie wykazuje strat energii ze względu na różnice temperatur otoczenia i czynnika roboczego. W praktyce taka sytuacja zdarza się niezmiernie rzadko, o ile w ogóle. Ujmując to jeszcze inaczej sprawność optyczną można traktować jako maksymalną, możliwą do uzyskania sprawność kolektora. Jak pokazała analiza miesięcznego współczynnika jakości energetycznej F (patrz zestawienie kolektorów topten), realna sprawność kolektora jest znacznie niższa niż jego sprawność optyczna.

Na co więc zwracać uwagę przy wyborze kolektora? Odpowiedź na to pytanie nie jest tak prosta jakby można było tego oczekiwać, ponieważ na działanie kolektora, a tym bardziej całej instalacji solarnej wpływa naprawdę dużo czynników. Z certyfikatów Solar KeyMark, oprócz sprawności optycznej można także między innymi odczytać wielkość tzw. współczynników strat a1 oraz a2. Są to dość istotne parametry, gdyż wpływają na to o ile zmniejszy się sprawność kolektora, jeżeli występuje (a występuje zawsze) różnica między temperaturą otoczenia, a temperaturą czynnika roboczego w kolektorze. Z postaci matematycznej opisująca krzywą sprawności kolektora przy wspomnianej różnicy temperatur wynika, że współczynniki te powinny być jak najmniejsze.

Innym parametrem pomagającym dobrać kolektor powinna być temperatura stagnacji. Im większa temperatura stagnacji tym lepiej. Parametr ten opisuje maksymalną temperaturę jaką osiągnie absorber kolektora przy braku odbiorów ciepła. Gdy temperatura ta jest osiągnięta, następuje stan równowagi – absorber oddaje ciepło do otoczenia, w takim samym tempie, w jakim je uzyskuje pochłaniając promieniowanie słoneczne. Wynika z tego, że kolektor o wyższej temperaturze stagnacji, może pochłonąć więcej energii niż kolektor o niższej, co z kolei oznacza, że charakteryzuje się mniejszymi stratami ciepła.

Osobnym zagadnieniem jest strona ekonomiczna zakupu kolektora. Jak zostało to zaprezentowane w zestawieniu topten niektóre kolektory są do siebie mocno zbliżone efektywnością. Jeżeli kolektory potencjalnie brane pod uwagę charakteryzują się taką zależnością, przy czym ten minimalnie bardziej efektywny jest znacznie droższy, warto rozważyć zakup tańszego.

Istotnym zagadnieniem jest także montaż kolektorów. W niniejszym zestawieniu założono kąt montażu równy 45⁰, ze względu na często spotykaną praktykę monterską. Jednak w zależności od pory roku kąt, przy jakim kolektor miałby najwyższe uzyski jest inny. Wydawać się mogłoby, że najlepszym rozwiązaniem jest montaż układu nadążnego, podobnego do tego jaki zdarza się spotykać przy instalacjach fotowoltaicznych. Układ taki automatycznie poruszałby kolektorem i ustawiał go w pozycji gwarantującej największą efektywność. W praktyce koszt takie rozwiązania znacznie przewyższałby zyski wynikające z bardziej efektywnego działania kolektora. Optymalnym rozwiązaniem wydaje się montaż kolektora na stałe w jednej pozycji.

Przy wyborze kąta i kierunku w jakim zwrócony jest kolektor powinno się jednak uwzględniać także otoczenie w jakim ma być zamontowany, a w przypadku pól kolektorów także cień jaki jest rzucany przez same kolektory. Przy wyborze miejsca montażu kolektorów najlepiej wybrać miejsce jak najmocniej nasłonecznione, które nie jest, choćby czasowo osłonięte cieniem rzucany przez pobliskie obiekty. Dla pól kolektorów ustawionych w kilku rzędach, może zdarzyć się sytuacja, w której jeden rząd rzuca cień na pozostałe kolektory obniżając ich efektywność. W takim przypadku warto rozważyć zmianę kąta montażu kolektorów, nawet na mniej korzystny, a jednocześnie poprawić efektywność całej instalacji po przez unikanie częściowego zacienienia kolektorów.

Kolektory należy montować możliwe blisko budynku, a wręcz zasobnika ciepłej wody użytkowej. Duże straty pozyskanej przez kolektor energii słonecznej (zamienionej w ciepło) pojawiają się w trakcie przesyłu, szczególnie przy źle wykonanej izolacji cieplnej rur przesyłowych. Dlatego dość istotne jest zwracanie uwagi na izolowanie każdego, nawet zakończonego ślepo (króćce) elementu instalacji solarnej.

Warto poświęcić jeszcze chwilę uwagi rozmiarowi kolektora. Jak widać po wynikach przygotowanej analizy - lista kolektorów topten, duży rozmiar kolektora nie gwarantuje największej efektywności. Oczywiście obliczany współczynnik jakości F odnoszony jest do 1 m² powierzchni kolektora, co oznacza, że kolektor o większej powierzchni dostarczy więcej ciepła od kolektora o powierzchni mniejszej. Ponadto kolektor o znacznie większej powierzchni zazwyczaj charakteryzuje się tez lepszym stosunkiem powierzchni apertury do powierzchni brutto, co przekłada się na (tak naprawdę minimalną) oszczędność miejsca.

Zapraszamy do obejrzenia filmu-poradnika "Kolektor słoneczny jako podstawowe i dodatkowe źródło ciepła":