Solarni kolektori koriste se u sve većem broju njemačkih kućanstava. Oni upijaju sunčevu energiju i pretvaraju je u toplinu. Bez obzira koristi li se za proizvodnju tople vode ili za potporu grijanju - područja primjene su raznolika i korak prema održivom životu.
Solarni kolektori (solarna toplina) i solarne ćelije (fotonaponski elementi) mogu pohraniti sunčevu energiju i pretvoriti je u toplinu (solarna toplina) ili električnu energiju (fotonaponski elementi). To je veliko postignuće, jer je zvijezda u središtu Sunčevog sustava ogroman izvor energije: Svakog dana oko 1,8 x 1014 kilovata pogodi zemlju. Mi, ljudi, ne trebamo ni toliko energije - proizvodnja energije od 1010 kilovata već pokriva globalne zahtjeve, a svakodnevno dobivamo oko 10 000 puta više energije.
Iako je uporaba sunčeve energije započela u antici, a preteča današnjih solarnih kolektora izumljena je u 19. stoljeću, stvarna uporaba termalne solarne tehnologije u Europi započela je tek tijekom naftne krize 1973. U to su se vrijeme tražile alternative lož-ulju, pa je tek nekoliko godina tada su se na tržište pojavili prvi solarni paneli. Većina ih je bila preskupa i tehnički nepouzdana.
Ali puno se toga dogodilo u posljednjih 45 godina. Solarni kolektori sada se mogu naći na mnogim krovovima kuća i oni su dobar način za generiranje dodatne topline.
Zahvaljujući diskretnom izgledu, solarni kolektori sada su prikladni za svako arhitektonsko rješenje. Integracija krova dokazala se dugi niz godina i nudi zaštitu od vjetra i vremena.
Građa i funkcija solarnog kolektora
Za korištenje energije sunca za grijanje vode ili grijanje potreban je solarni toplinski sustav. Ali budite oprezni: uvijek je potreban drugi generator topline, jer energija koju generira solarni toplinski sustav nije dovoljna, posebno zimi. Skupa, ali jedina alternativa: Zimi štedite toplinu sunca ogromnim spremnicima.
Srce sunčevog sustava je kolektor. Unutra se nalazi apsorber koji hvata sunčevo zračenje i pritom se zagrijava. To stvara toplinu, koja se pak prenosi na medij za prijenos topline. Medij za prijenos topline je tekućina (solarna tekućina), koja se obično sastoji od vode i propilen glikola. Glavna svrha propilen glikola je spriječiti da se voda zimi smrzne, a ljeti prevruće. Zagrijana tekućina pumpa se kroz cijevi kroz apsorber, a zatim u solarni spremnik. Uglavnom je apsorber izoliran sa strane i ispod kako bi se spriječio gubitak topline.
Vrste solarnih panela
Ovisno o instalacijskom prostoru i proračunu, možete birati između dva osnovna modela: ravni pločasti kolektor i cijevni kolektor.
Sakupljač ravnih ploča
- apsorber
Ravni pločasti kolektor koristi se vrlo često. Sadrži ravni, kontinuirani apsorber, na primjer izrađen od pocrnjelog metala, na čijoj su stražnjoj strani cijevi za vodu pričvršćene tako da provode toplinu. Koliko sunčevih zraka apsorbira apsorber, ovisi o materijalu, obliku, rasporedu cijevi i premazu. Ploče najbolje apsorbiraju sunčeve zrake kada je materijal što crniji, tanak i toplinski vodljiv.
- Sredstvo za prijenos topline
Voda koja cirkulira obogaćena je sredstvima protiv smrzavanja, poput propilena ili etilen glikola, tako da temperature smrzavanja ne pucaju u cijevima. Međutim, aditivi trebaju biti ekološki neutralni.
- Kućište kolektora
Apsorber se odmara u dobro zatvorenoj kutiji koja zadržava vlagu i prašinu. Kućište mora biti izrađeno od materijala otpornog na koroziju.
- Izolacijski sloj
Kućište je obloženo laganim, ali jakim materijalom. Mora imati malu U-vrijednost i izdržati visoke temperature u kolektoru. Rasprostranjeni su paneli od tvrde pjene u vezi s prostirkama od mineralne vune, ali i ovčje i kamene vune. Budite oprezni s sastojcima za ispuštanje plinova: Oni stvaraju talog s unutarnje strane ostakljenja i smanjuju pojavu svjetlosti.
- Stakleni poklopac
Kolektorska kutija prekrivena je staklenom pločom. Za odabir stakla važan je takozvani stupanj propusnosti. Označava koliko svjetlosnog zračenja propušta staklo. Staklo bi trebalo doseći vrijednost 0,9. U tu svrhu koristi se kaljeno staklo s malo željeza. Obično je strukturiran tako da ne zasljepljuje. Već niz godina postoje antirefleksne naočale koje imaju veću propusnost od strukturiranih naočala. Međutim, koštaju malo više.
Kolektor vakuumske cijevi
Sakupljači vakuumskih cijevi sastoje se od velikog broja vakuumskih cijevi okruženih metalnim reflektorima. Sunčevu svjetlost reflektori reflektiraju u cijev. Sadrže tamni apsorber. Budući da se cijevi evakuiraju, gubitak topline je minimaliziran. Uz to, na manjem se području javljaju više temperature. Kolektor djeluje učinkovito čak i na difuznoj sunčevoj svjetlosti. Primjerice, cijevni kolektori generiraju na 3,5 četvornih metara tople vode koliko i ravni pločasti kolektori na površini od pet četvornih metara. Ljeti je to gotovo u potpunosti dovoljno za zagrijavanje vode četveročlane obitelji. Tijekom godine dana zadovolji se 60 posto obiteljskih potreba za toplom vodom. Nedostatak: cijevni kolektor košta dvostruko više od ravnog pločastog kolektora.
Kada je riječ o cijevnim kolektorima, valja napomenuti da postoje dvije različite vrste koje ćemo predstaviti u nastavku:
- Princip toplinske cijevi
Svaka zatvorena cijev tvori zatvoreni krug. Zrake sunca koje udaraju u apsorber u cijevi uzrokuju isparavanje posebne tekućine. Na vrhu cijevi para se hladi na bloku izmjenjivača topline. Para se ponovno ukapljuje. Tekućina u cijevi teče natrag prema dolje - isparavanje započinje ponovno. Toplina koja se oslobađa u procesu zagrijava cirkulacijsku tekućinu koja prolazi pored izmjenjivača topline. Sustav toplinskih cijevi zahtijeva minimalni kut nagiba od oko 30 posto da bi krug mogao funkcionirati.
- Cijevi s izravnim protokom
U ovom sustavu sunce izravno zagrijava tekućinu za prijenos topline u apsorbernoj cijevi u sredini cijevi. Medij za prijenos topline prolazi kroz nekoliko cijevi. Velika prednost ovog sustava je što se cijevi mogu montirati okomito i vodoravno.
Vakuumski cijevni kolektori donose optimalne prinose energije čak i kad je sunčevo zračenje malo i u hladnoj sezoni.
O kojim uvjetima ovisi prinos?
Godišnji prinos solarnog kolektora ovisi o nekoliko čimbenika:
- Klimatski uvjeti: Mogu postojati znatne razlike između pojedinih mjesta u Njemačkoj. Postoje lokacije s preko 1.000 kilovat sati po četvornom metru godišnje i lokacije s manje od 900 kilovat sati po četvornom metru godišnje.
- Orijentacija: najbolja je orijentacija prema jugu i kut nagiba od oko 45 stupnjeva.
- Sjene s drugih zgrada ili drveća.
- Onečišćenje: Kiša i snijeg obično odnose velik dio prljavštine. Najbolje je koristiti nježne deterdžente i mekanu četku protiv tvrdoglavih mrlja. Izbjegavajte upotrebu visokotlačnih čistača.
Veličina kolektora za grijanje vode
Svatko tko koristi ravne kolektore treba 1,5 kvadratnih metara površine kolektora po osobi u kućanstvu za zagrijavanje vode. Za snažnije sakupljače cijevi dovoljan je 1 kvadratni metar po glavi. Osnovno pravilo za veličinu spremnika za vodu: Izračunajte 40 litara tople vode od 45 Celzijevih stupnjeva po osobi i danima puta 2. Kućanstvo s 4 osobe može se snaći sa 6 četvornih metara ravnih ili 4 četvorna metra cijevnih sakupljača i spremnikom s 300 litara. Cijena: oko 3.500 eura.
Grijanje solarnom toplinom
Da biste koristili sunčevu toplinu za grijanje prostora, izračunajte 3 do 4 četvorna metra površine kolektora po osobi u dobro izoliranim kućama. Spremnik treba sadržavati oko 60 litara po četvornom metru površine kolektora, malo veći za cijevne kolektore. Cijena: od oko 6.000 eura. U dobro izoliranoj kući solarni sustav grijanja može osigurati do 25 posto energije za grijanje i toplu vodu.
Učinak snijega
Jednom kad su solarni paneli prekriveni snijegom, oni obično više ne donose prinos. Međutim, ovih dana ionako često nema prinosa, jer je sunčevo zračenje obično prenisko.
Međutim, kod cijevnih kolektora dobar je prinos i dalje moguć u vedrim, hladnim danima, pa uklanjanje snijega može biti korisno.
Ako je solarni kolektor prekriven snijegom, on obično ne uzima sunčevu svjetlost i stoga ne može pohraniti energiju u obliku topline.
Učinkovitost solarnih kolektora i solarnih ćelija u usporedbi
Što više - solarni kolektori ili solarne ćelije? Iskustvo je pokazalo da su solarni kolektori znatno učinkovitiji od fotonaponskih modula. Solarni kolektori postižu učinkovitost od oko 90 posto, uz gubitke topline od nešto manje od 50 posto. Međutim, to je još uvijek bolje od učinkovitosti fotonaponskog sustava s učinkovitošću od samo 20 posto. Razlog tome je što sunčeva svjetlost pokriva širok spektar. Bilo koja vrsta zračenja može se pretvoriti u toplinu. Međutim, fotonaponski sustavi mogu pretvoriti samo mali dio zračenja u električnu energiju.