TECHNOLOGIA SOLARNA

Technologia solarna

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat stało się oczywiste, że dotychczasowe konwencjonalne i nieodnawialne źródła energii będą powoli zastępowane przez nowe, odnawialne źródła energii. Wynika to z faktu, że paliwa kopalne będące podstawowym źródłem energii, zanieczyszczają środowisko oraz dlatego, że większość złóż paliw kopalnych będzie się powoli wyczerpywać.

Jeśli przyjmiemy, że wydobycie paliw kopalnych utrzyma się na poziomie z początku lat 90-tych to wyczerpanie się złóż nastąpi: dla ropy naftowej w ciągu 40 lat, gazu ziemnego w ciągu 60 lat, węgla kamiennego 197 lat zaś brunatnego - 293 lata. Oczywiście mówimy tu o globalnym zapotrzebowaniu, zaś dla Polski w której podstawowe źródło energii to węgiel kamienny i brunatny, wyczerpanie złóż nastąpi jeszcze szybciej.

Największym źródłem nieograniczonej, darmowej i czystej energii jest słońce. Jest źródłem energii o mocy 27*1.000.000.000 MW. Występuje powszechnie i bez granic, wysyłając w ciągu 14 dni do powierzchni Ziemi tyle energii ile wynosi całoroczne zapotrzebowanie energetyczne naszej planety. Energia promieniowania słonecznego jest energią o ogromnym potencjale a jej zasób jest praktycznie niewyczerpalny - wystarczy na ok 5 mld lat. Energia promieniowania słonecznego jest od wielu lat wykorzystywana za pomocą ogniw fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych. Jednak powszechne zastosowanie tych urządzeń w domach nastąpiło wskutek spadku ich cen, co stało się możliwe dzięki postępowi technologicznemu i umasowieniu produkcji.

Kolektory słoneczne

Kolektor słoneczny to urządzenie służące do odbioru energii cieplnej słońca i przeniesienia jej poprzez układ solarny do zasobnika z wodą użytkową. Energia cieplna z zakresu promieniowania podczerwonego wychwytywana jest przez powierzchnię absorbera a następnie przekazana do czynnika grzewczego przepływającego przez głowicę kolektora. Nagrzany w ten sposób czynnik transportowany jest w zamkniętym układzie przy pomocy ciśnienia pompy solarnej do zbiornika akumulacyjnego. Tutaj przez powierzchnię wężownicy spiralnej zbiornika, ciepło oddawane jest do wody użytkowej i spożytkowane na bieżace potrzeby gospodarstwa domowego. Zasada działania kolektorów próżniowych polega na zatrzymaniu wychwyconej energii w pułapce, którą stanowi próżnia. Kolektory o tej zasadzie działania wyróżnia bardzo niski współczynnik strat ciepła sprawiający, że są one skuteczne przez 365 dni w roku. W położeniu geograficznym Polski od listopada do końca lutego występują bardzo trudne warunki pracy kolektorów i zdecydowanie lepiej radzą dobie w nich właśnie kolektory próżniowe.

Technologie solarne

Kolektory płaskie

Pierwsza generacja kolektorów słonecznych, kolektor płaski działa na zasadzie wężownicy, w której płynie czynnik grzewczy, przykrytej miedzianą płytą, ta z kolei pokryta jest warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne, całość przykrywa szyba solarna osłaniająca urządzenie.Uzysk energetyczny z kolektorów płaskich w pełni zależy od temperatury zewnętrznej, praktycznie oznacza to, że w okresach, gdy jest niska temperatura na zewnątrz a słońce intensywnie świeci całe ciepło, które zostaje zabsorbowane zostaje oddane do otoczenia zanim zostanie przekazane do instalacji. Kolektory płaskie mogą z powodzeniem skutecznie pracować przez cały rok w krajach o wysokim nasłonecznieniu, gdzie róźnice temperatur między poszczególnymi porami roku są niewielkie, właśnie w takich miejscach ich stosowanie jest uzasadnione. Montaż całorocznej instalacji solarnej wykorzystującej kolektory płaskie w położeniu geograficznym Polski nie ma żadnego uzasadnienia. Kolektory płaskie nadal znajdują swoje zastosowanie w naszym kraju głównie ze względu na cenę, ale ich ewolucyjnymi następcami są kolektory próżniowe.
kolektory próżniowe z "U-rurką"

Kolektory próżniowe o bezpośrednim przepływie, w których rurka miedziana wyprofilowana w kształcie litery "U" z przepływającym przez nią czynnikiem roboczym zainstalowana jest bezpośrednio w tubie próżniowej. Czynnik roboczy podobnie jak w kolektorze płaskim jest bezpośrednio ogrzewany w rurce miedzianej, z tą rożnica, że dzięki próżni wszelkie straty ciepła zostały wyeliminowane, dzięki czemu temperatura czynnika jest znacznie większa, a co za tym idzie wyższe są uzyki energetyczne. Technologia ta ma jednak swoje wady, duż ailość czynnika grzewczego oraz bardzo wysokie temperatury osiągane przez kolektor w czasie, kiedy nie ma możliwości odbioru ciepła (np.: wyjazd wakacyjny) powodują możliwość przegrzewania się systemu, konieczne jest przysłanianie kolektora w trakcie bezczynności. Większa ilość pracującego czynnika grzewczego wydłuża czas potrzebny na start kolektora, a w przypadku awarii instalacji lub samej rury próżniowej konieczne jest opróżnienie całego systemu z czynnika roboczego. Wadą tego typu kolektora jest możliwość powstawania osadów, które powodują zmniejszenie sprawności urządzenia.

Kolektory próżniowe Heat Pipe

Kolektory typu "heat pipe" (rurka cieplna), gdzie czynnik grzewczy nie przepływa bezpośrednio przez kolektor, a odbiór ciepła następuje jedynie w głowicy urządzenia. Ten typ kolektora składa się z kilku do kilkudziesięciu rur szklanych o wysokiej próżni wewnątrz. W każdą rurę próżniową wbudowany jest absorber z zamocowaną rurką, substancja znajdująca się w niej przy +30C zostaje doprowadzona do wrzenia, skrapla się w umieszczonym na końcu parownika skraplaczu, ogrzewa go i dzięki zakotwiczeniu w magistrali zbiorczej przekazuje ciepło przepływającemu przez nią czynnikowi roboczemu. Próżnia gwarantuje minimalne straty ciepła do otoczenia, co umożliwia pracę kolektora przez cały rok, nawet podczas ujemnych temperatur w okresie zimowym. Technologia i materiały użyte w nowoczesnych kolektorach "heat pipe" pozwalają na ich błyskawiczny rozruch oraz umożliwiają uzyskanie dużych wartości mocy urządzeń. Uzysk energetyczny z jednego metra kwadratowego kolektora może być nawet trzykrotnie większy niż uzysk ztej samej powierzchni w kolektorze płaskim. Ostatecznie oznacza to, że do ogrzania tej samej ilości wody potrzebujemy dużo mniejszej ilości kolektorów. Kolejną zaletą tego typu urządzeń jest możliwość pozyskiwania energii rozproszonej przez co kolektor spełnia swoje funkcje nawet podczas dni pochmurnych, gdy na zewnątrz panują temperatury dodatnie. W przypadku tej technologii został wyeliminowany problem przegrzewania się instalacji. Czynnik grzewczy przepływa jedynie w głowicy kolektora, oznacza to narażenie jego w niewielkiej ilości na zbyt wysoką temperaturę. W systemie tym nie ma konieczności zakrywania powierzchni kolektora podczas nieobecności i braku odbioru energii. Rozwiązania zastosowane w kolektorach "heat pipe" gwarantują wysoką niezawodność eksploatacyjną w długich okresach stagnacji instalacji, nawet podczas wysokiego nasłonecznienia, co przekłada się bezpośrednio na wysokie bezpieczeństwo całej pracy układu. Kolektory te korzystają z najnowszych rozwiązań techniki solarnej, charakteryzują się najwyższą sprawnością optyczną i najwyższymi rocznymi uzyskami energetycznymi.

Więcej na temat technologii pozyskiwania ciepła na stronach naszego partnera KAPANIOL - tanie grzanie.