Aby móc dobrze dobrać rodzaj kolektora słonecznego do naszych potrzeb powinniśmy poznać podstawowe informacje na temat ich budowy i eksploatacji. W Polsce najczęściej spotykane są na dachach domów kolektory płaskie, które bardzo ładnie wpisują się w estetykę budynku. Jednakże co raz częściej inwestorzy decydują się również na droższe rozwiązania z kolektorami próżniowymi. Który system będzie lepszy dla naszego domu?
Budowa kolektorów płaskich
Budowa typowego kolektora słonecznego płaskiego nie jest bardzo skomplikowana, jednakże producenci oferują różne rozwiązania szczegółowe poszczególnych elementów panelu.
Kolektor płaski składa się przede wszystkim ze szczelnej obudowy, szkła ochronnego, absorbera, izolacji cieplnej oraz systemu rurek z nośnikiem ciepła.
Główne zadanie obudowy to zapewnienie możliwie największej szczelności, aby zabezpieczyć wewnętrzne elementy kolektora przed zabrudzeniem i dostępem wody i powietrza. Na rynku dostępne są kolektory z obudową wykonaną jako jednolity odlew z blachy lub z obudowani spawanymi oraz lutowanymi. Należy jednak pamiętać, że najlepsze parametry szczelności zapewni obudowa wykonana jako jeden odlew, bez dodatkowych łączeń i spawów.
Absorber stanowi najważniejszy element kolektora słonecznego. W panelach płaskich jest on wykonany jako miedziana lub aluminiowa płyta, która dodatkowo pokrywana jest specjalną powłoką selektywną, zapewniającą większą sprawność kolektora i większy współczynnik pochłaniania promieniowania słonecznego. Dostępne są również kolektory z absorberami lakierowanymi, jednakże ich sprawność w stosunku do powłoki selektywnej jest znacznie niższa.
Absorbery aluminiowe charakteryzują się niższą ceną niż miedziane, jednakże w przypadku absorberów aluminiowych z powłoką selektywną wysokiej jakości (tlenki tytanu i krzemu) koszty te mogą być porównywalne. Zaletą aluminium jest także mniejszy ciężar całego panelu słonecznego.
Aby zapewnić możliwie najwyższą sprawność kolektora niezbędna jest dobrej jakości izolacja cieplna, która nie pozwoli na uciekanie ciepła z rozgrzanego absorbera na zewnątrz obudowy kolektora. Izolacja układana jest na dnie kolektora oraz na jego bokach, aby nie utrudniać dostępu promieniom słonecznym do powierzchni absorbera.
Grubość izolacji zleży od przeznaczenia kolektora. Dla paneli całorocznych zaleca się izolację grubości min 50mm, natomiast przy kolektorach użytkowanych tylko w okresie letnim wystarczy izolacja grubości 30mm. Izolacja najczęściej wykonywana jest z wełny mineralnej, która traci swoje właściwości izolacyjne pod wpływem wilgoci. Z tego względu właśnie należy wybierać kolektory z obudową jak najlepszej jakości i szczelności, najlepiej z jednego odlewu, co zapewni trwałość izolacji cieplnej kolektora.
Rurami przepływa ciecz odbierająca ciepło od absorbera. Najczęściej są to rurki miedziane lub aluminiowe. Ważne jest, aby rurki miały na jak największej powierzchni kontakt z absorberem i aby dokładnie do niego przylegały, co zminimalizuje straty ciepła. Na rynku dostępne są kolektory z rurami w układzie harfowym oraz meandrowym. Układ meandrowy jest mniej podatny na zapowietrzenie, jednakże w układzie harfowym są znacznie mniejsze opory przepływu cieczy, co zapewnia mniejsze końcowe straty ciepła na kolektorze.
Na zewnętrznej powierzchni kolektora znajduje się ochronna szyba, wykonana ze szkła hartowanego, przeważnie grubości 3-4mm. Jej zadaniem jest głównie ochrona absorbera i rurek przed zabrudzeniem oraz uszkodzeniami mechanicznymi.
Budowa kolektorów rurowo-próżniowych
W kolektorach rurowo-próżniowych powłoka selektywna przeważnie jest nakładana bezpośrednio na szkło zabezpieczające, a ciepło odbierane jest przez przylegającą do niego specjalną tubę.
W kolektorach próżniowych izolację stanowi właśnie owa próżnia, a nie jak w przypadku kolektorów płaskich, wyłącznie dolna i boczna warstwa izolacyjna. Z tego względu kolektory rurowe charakteryzują się znacznie mniejszymi stratami ciepła, a tym samym większą wydajnością. W praktyce oznacza to, że do wytworzenia takiej samej ilości energii cieplnej, kolektorów rurowo-próżniowych można zamontować mniejszą ilość.
Nie zaleca się kolektorów próżniowych, w których próżnia zawarta jest w tzw. obudowie skrzyniowej, czyli obudowie z jednego odlewu z szczelnie przymocowaną szybą zewnętrzną. Rozwiązanie takie w praktyce nie jest do końca szczelne i wymaga okresowego wypompowywania powietrza.
Najwyższą sprawność mają kolektory z kilkunastoma rurkami o małych średnicach, w których jest zachowana próżnia.
Na rynku dostępne są kolektory rurowe z rurami dwuściennymi, jednościennymi lub z rurkami cieplnymi.
Kolektory z rurami dwuściennymi zapewniają bardzo duża szczelność całego układu, jednakże w praktyce wydajność takiego kolektora nie będzie istotnie większa niż typowego kolektora płaskiego. Natomiast rozwiązanie z rurami jednościennymi próżnia znajduje się w całej przestrzeni wewnętrznej rury wraz z absorberem. Rozwiązanie takie zapewnia pochłanianie nawet ponad 95% promieniowania słonecznego. Niestety wiele produktów nie do końca jest dobrze wykonanych pod względem szczelności. Dotyczy to miejsca przejścia rury transportującej ciecz przez szkło, w którym może dochodzić do przenikania powietrza i spadku wydajności kolektora.
Istnieje jeszcze rozwiązanie z tzw. rurką cieplną, przez którą nie przepływa ciecz, lecz omywa ona znajdujące się u góry kondensatory. Miedziane rurki znajdują się w każdej ze szklanych rur próżniowych, które wypełnia się specjalnym płynem, charakteryzującym się niską temperaturą wrzenia, nie przekraczającą 25 stopni.
Płyn podgrzewany w dolnej części rurki podczas parowania ogrzewa ciecz omywającą kondensator, przez co następuje jego skraplanie. Powstałe skropliny pod opadnięciu na spód rurki ponownie ulegają ogrzaniu i parowaniu, co sprawia, że kolektor pracuje w układzie zamkniętym. Cyrkulacja płyny i jego skraplanie oraz parowanie odbywa się na skutek różnic temperatury.
Zaletą tego typu układów jest niska awaryjność, jednakże nie mają one tak dużej sprawności i wydajności jak kolektory z rurami jedno lub dwuściennymi.
Koszty zakupu i montażu instalacji oraz koszty eksploatacji
Typową instalację z paneli słonecznych płaskich można wykonać za ok. 20 tys zł. Jeśli chcemy aby kolektory ogrzewały wyłącznie wodę użytkową, a nie całe mieszkanie (współpraca z centralnym ogrzewaniem) to koszt może się zamknąć w kwocie 12-15 tys zł. W przypadku kolektorów rurowo-próżniowych koszt całej instalacji jest wyższy o ok 20-30%.
Pamiętajmy jednak również o opłatach bieżących, do których należą coroczne przeglądy instalacji oraz okresowe wymiany płynu transportującego ciepło. Koszt takiej usługi to ok 300-500zł, a jej wykonywanie zaleca się robić co ok. 5 lat. Szczególnie w początkowym okresie użytkowania może być również konieczna dodatkowa regulacja lub drobne naprawy, których nie zaleca się wykonywać samodzielnie.
Na instalacje solarne można jednak uzyskać znaczne dofinansowanie Państwa, dzięki czemu koszt instalacji może zamknąć się w kwocie 4000-6000zł, przy spełnieniu określonych warunków i przyznaniu dotacji w ramach rozwoju alternatywnych źródeł energii.
Kolektory płaskie czy próżniowe?
Kolektory płaskie są najczęściej spotykane z uwagi na ich niższy koszt i często ładniejszy wygląd, lepiej wpasowujący się w estetykę budynku. Kolektory rurowo-próżniowe pozwalają uzyskać większą wydajność cieplną przy mniejszej powierzchni paneli. Należy jednak uważać na dokładny tym kolektorów rurowych. Najlepsze wydajności osiągają kolektory z rurami jednościennymi.
Przy dostępnej dużej powierzchni dachu możemy zamontować tradycyjne kolektory płaskie. Jeśli jednak powierzchnia ta jest ograniczona, zaleca się kolektory rurowo-próżniowe. Uważajmy jednak na tanie kolektory próżniowe produkcji chińskiej, które szybko stracą swoje właściwości i będą osiągać bardzo niskie sprawności.
Kolektory płaskie powinny być montowane na południowej połaci dachu pod optymalnym kątem w zakresie 25-40 stopni. Jeśli nie możemy spełnić tych warunków, to zaleca się zakup kolektorów próżniowych. Kolektory próżniowe mają często rurki z możliwością regulacji kątowej, co umożliwia dostosowanie ich do optymalnego kąta padania promieni słonecznych.
Dodatkową zaletą kolektorów próżniowych jest ich stosunkowo dobra sprawność w czasie zachmurzonych dni i w okresie zimowym, czyli wtedy, gdy kolektory płaskie mogą być nieefektywne. Decydując się zatem na kolektory płaskie powinniśmy liczyć się z tym, że ich efektywna praca będzie tylko w okresach wiosennych i letnich.
Zespół redakcyjny portalu zbudujmydom.pl
