Ekospolecznosc.com.pl

Kolektory słoneczne

Nasłonecznienie w Polsce. Czym różnią się kolektory słoneczne od paneli fotowoltaicznych? Koszty zakupu kolektorów słonecznych. 

Poniżej przedstawiamy odpowiedzi na te jak i inne pytania dotyczące kolektorów słonecznych - solarów.

Promieniowanie słoneczne w Polsce
Choć nasłonecznienie w Polsce nie jest tak duże jak w krajach południowych, jest zupełnie wystarczające, aby móc w sposób efektywny wykorzystywać kolektory słoneczne. W Niemczech, charakteryzujących się podobnymi warunkami nasłonecznienia, rozwiązania takie cieszą się niezwykłą popularnością i są powszechnie stosowane (prawie 40% wszystkich kolektorów instalowanych w całej UE instaluje się właśnie w tym kraju). Dobrze zaprojektowana i zamontowana instalacja powinna w polskich warunkach pokryć ok.60% rocznego zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej wody użytkowej i tym samym o tyle obniżyć związane z tym koszty. Najbardziej uprzywilejowanym rejonem Polski pod względem natężenia promieniowania słonecznego (powyżej 1 048 kWh/m2/rok) jest południowa część województwa lubelskiego, obejmująca większe części dawnych województw: chełmskiego i zamojskiego. Centralna część Polski, obejmująca ok. 50% powierzchni, uzyskuje natężenie promieniowania ok. 1 022–1 048 kWh/m2/rok, południowa zaś, wschodnia i północna część Polski otrzymuje natężenie promieniowania ok. 1 000 kWh/m2/rok i mniej. Najmniejszy w skali roku dopływ energii słonecznej obserwuje się w rejonie wysoko uprzemysłowionym (Śląsk) oraz w obszarze granicznym trzech państw: Czech, Niemiec i Polski, a ponadto w rejonie północnym Polski, obejmującym pas wybrzeża z wyjątkiem samego Wybrzeża Zachodniego. Różnice te nie są jednak aż tak znaczące i bez popełniania większego błędu można przy zgrubnych szacunkach przyjmować średnią wartość dla całej Polski wynoszącą 990 kWh/m2 +-10%.

Wyraźne jest natomiast zróżnicowanie natężenia promieniowania w ciągu roku. W półroczu letnim otrzymujemy aż 77%, a w samym tylko sezonie letnim aż 43% całorocznego promieniowania słonecznego.

Czym się różnią kolektory słoneczne od paneli fotowoltaicznych?
Kolektory słoneczne są to urządzenia służące do bezpośredniej przemiany energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne. Najprostszym kolektorem słonecznym jest płaski element wystawiony jedną stroną na promieniowanie słoneczne i w możliwie maksymalnym stopniu je pochłaniający oraz czynnik odbierający pochłonięte ciepło z drugiej strony (np. woda lub inna ciecz). Taki czynnik cyrkuluje w zamkniętym obiegu ogrzewając się w trakcie przepływu przez kolektory słoneczne i następnie oddając zgromadzone ciepło np. w zbiorniku ciepłej wody użytkowej.

Kolektory słoneczne są to urządzenia służące do bezpośredniej przemiany energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne. Najprostszym kolektorem słonecznym jest płaski element wystawiony jedną stroną na promieniowanie słoneczne i w możliwie maksymalnym stopniu je pochłaniający oraz czynnik odbierający pochłonięte ciepło z drugiej strony (np. woda lub inna ciecz). Taki czynnik cyrkuluje w zamkniętym obiegu ogrzewając się w trakcie przepływu przez kolektory słoneczne i następnie oddając zgromadzone ciepło np. w zbiorniku ciepłej wody użytkowej.

Instalacje do ciepłej wody użytkowej (c.w.u.)
Najczęściej, w naszych warunkach klimatycznych stosuje się systemy słoneczne wspomagające przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Tradycyjnie, instalacja grzewcza do c.w.u. składa się z kotła zasilanego paliwem konwencjonalnym (gaz, olej opałowy, węgiel) lub podgrzewacza elektrycznego, w połączeniu z jednym lub kilkoma zasobnikami c.w.u. i z odpowiednią armaturą (alternatywnie zamiast zasobnika c.w.u. instalacja może być wyposażona w podgrzewacz przepływowy). Rozbudowa instalacji o kolektory słoneczne wymaga zakupu i montażu takich elementów jak: kolektory (odpowiednio dobrane, zwymiarowane i usytuowane), zasobnik ciepła słonecznego, armatura zabezpieczająca, grupa pompowa oraz urządzenia sterujące i kontrolno-pomiarowe. Instalacja taka powinna być właściwie zaprojektowana, dostosowana do indywidualnych potrzeb użytkowników i oczywiście poprawnie wykonana. Wówczas możemy liczyć na pokrycie ok..60% rocznego zapotrzebowania na ciepło do c.w.u.

Instalacje do centralnego ogrzewania (c.o.)
Znacznie rzadziej są u nas stosowane instalacje słoneczne dwufunkcyjne, do c.w.u. i do centralnego ogrzewania (c.o.)jednocześnie. Wynika to z faktu, iż okres największego zapotrzebowania na ogrzewanie budynków w naszym kraju pokrywa się okresem najniższego promieniowania słonecznego. Oczywiście wszystko zależy od warunków pogodowych. Zdarzają się zimą również mroźne, lecz bardzo słoneczne dni, w których kolektory słoneczne o podwyższonej izolacyjności mogą dawać całkiem dobre rezultaty. Również w okresach przejściowych (wiosna, jesień), kiedy promieniowanie słoneczne jest już/jeszcze wystarczająco duże, zaś temperatury powietrza zewnętrznego nie są tak niskie jak zimą, instalacja kolektorów słonecznych może wspomagać ogrzewanie, jednak powinno to być ogrzewanie niskotemperaturowe np. podłogowe. Należy mieć na uwadze, że instalacja tego typu będzie znacznie droższa niż instalacja tylko do c.w.u., chociażby ze względu na potrzebę zainstalowania większej ilości i dłuższy będzie okres zwrotu nakładów inwestycyjnych. Instalacje tego typu nie są również objęte programem dofinansowania NFOŚiGW.

Koszty
Koszty ponoszone z tytułu zakupu i użytkowania instalacji słonecznych do c.w.u. obejmują nakłady inwestycyjne - średnio od 2 do 4 tys. zł za m2 powierzchni kolektora słonecznego (w przypadku 4-osobowej rodziny całkowite koszty wynoszą od ok. 8 do 16 tys. zł) oraz w tym przypadku niskie koszty eksploatacyjne (związane z pracą pompy obiegowej ok. 40 zł/rok oraz okresowego serwisu, przede wszystkim wymiany czynnika roboczego raz na kilka lat). Wyższa cena zakupu niejednokrotnie oznacza lepsze parametry urządzeń, a to przekłada się na większą ilość pozyskiwanej energii i w konsekwencji na mniejsze zużycie energii konwencjonalnej (pamiętajmy, że instalacja słoneczna w praktyce nigdy nie pokryje w całości zapotrzebowania na ciepło, może tylko wspomagać system ogrzewania tradycyjnego). Bywa jednak, że cena jest nieadekwatnie wysoka, co może wydłużyć okres zwrotu nakładów inwestycyjnych.

Oprócz parametrów cieplnych kolektora na wielkość efektu energetycznego, a zatem i na opłacalność ekonomiczną, wpływa wiele innych czynników takich jak lokalizacja, profil zapotrzebowania na ciepłą wodę, ustawienie kolektora względem stron świata, jego nachylenie, grubość izolacji, strumień przepływającego czynnika grzewczego, wielkość zasobnika, zakładany stopień pokrycia zapotrzebowania (nie wspominając o metodzie wykonania i montażu danej instalacji). Uwzględnienie tylu zmiennych może być kłopotliwe, dlatego w praktyce do obliczeń często stosuje się specjalne oprogramowanie komputerowe, takie jak program Kolektorek (bezpłatne demo, pozwalające na szybki dobór kolektorów i skalkulowanie kosztów instalacji można pobrać ze strony www.kolektorek.pl

Uwzględnienie wzrostu cen paliw i energii
W celu oszacowania okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych związanych z zakupem i budową instalacji kolektorów słonecznych, możemy się posłużyć tzw. metodą statycznych cen bieżących bądź też metodą cen dynamicznych. W praktyce, z uwagi na swoją prostotę najczęściej stosowana jest pierwsza metoda, charakteryzująca się tym, że nie uwzględnia ona zmian cen energii konwencjonalnej w czasie. Warto jednak zauważyć, iż w przypadku odnawialnych źródeł energii (OZE) jej zastosowanie nie jest do końca sprawiedliwie i poprawne. Wykorzystanie systemów OZE redukuje zużycie wyraźnie drożejącej energii konwencjonalnej. Rentowność instalacji słonecznych, zostanie dokładniej odzwierciedlona, gdy posłużymy się drugą metodą, uwzględniającą trendy na rynku paliw i energii. W UE, a w szczególności w Polsce, od lat obserwuje się systematyczny wzrost cen nośników energii konwencjonalnej. W latach 2000-2009 średnie ceny paliw i energii wzrosły o ok. 85%, przy czym największy wzrost cen odnotowano dla gazu ziemnego (ponad 160%) i energii elektrycznej (ponad 90%), a więc najbardziej naturalnych substytutów ciepła z kolektorów słonecznych. Średnioroczne tempo wzrostu cen paliw i energii w latach 2000-2009 (liczone „rok do roku”) wyniosło ponad 7% i było znacznie wyższe od średniej stopy inflacji. Należy również pamiętać, iż ceny energii w Polsce są w dalszym ciągu niższe niż średnie ceny w UE, a dysproporcje te będą systematycznie niwelowane. Ponadto, w świetle unijnych działań na rzecz ochrony klimatu (limity emisji CO2 i koszty nabywania uprawnień przez przedsiębiorców energetycznych) oraz planowanego zaprzestania taryfowania cen energii elektrycznej dla odbiorców indywidualnych, przy jednoczesnym braku pełnej liberalizacji rynków energii i istniejącego w energetyce naturalnego monopolu, założenie o ok.10% średniorocznym tempie wzrostu cen, przynajmniej w okresie najbliższych 10 lat, wydaje się być ostrożne. Uwzględnienie dynamiki cen, znacząco skraca okres zwrotu inwestycji i jest zalecane przy badaniach opłacalności systemów OZE.

Okres zwrotu nakładów inwestycyjnych
Zadaniem instalacji słonecznej jest redukcja zużycia paliwa konwencjonalnego w podstawowym systemie ogrzewania. Wielkość tej redukcji wraz z aktualną ceną paliwa będą decydowały o tym, w jakim stopniu zmniejszą się koszty eksploatacyjne tradycyjnego systemu ogrzewania i jaki będzie okres zwrotu nakładów inwestycyjnych. Im bardziej uda nam się ograniczyć zużycie energii konwencjonalnej oraz im wyższa jest cena jej zakupu tym większe zaobserwujemy roczne oszczędności i krótszy będzie okres zwrotu poniesionych nakładów.

Zatem w zależności od rodzaju paliwa/energii wykorzystywanego w podstawowym systemie ogrzewania, okres zwrotu inwestycji w kolektory słoneczne będzie nieco inny. Największe roczne oszczędności i zarazem najkrótszy okres zwrotu zaobserwujemy w przypadku podgrzewania c.w.u. energią elektryczną lub kotłem na olej opałowy, następnie kotłem/piecykiem gazowym, zaś najmniejsze w przypadku ogrzewania kotłem na paliwo stale, węglowym lub opalanym drewnem. W celu oszacowania okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych posłuż się naszym kalkulatorem lub bardziej precyzyjnym programem Kolektorek.

Wybór rodzaju kolektora. Lepszy próżniowy czy płaski?
Najczęściej stosowanym typem kolektora słonecznego jest kolektor płaski. Nazwę zawdzięcza on swojej budowie gdyż ma on kształt płaskiej płyty lub raczej płaskiego pudła. Ciecz w takim kolektorze przepływa przez rurki połączone trwale ze specjalną płytą pochłaniającą energię promieniowania słonecznego (jest to tzw. absorber - „serce” kolektora). Całość zamknięta jest w szczelnej obudowie, która z góry osłonięta jest przez przykrycie transparentne, najczęściej szkło o dużej wytrzymałości mechanicznej. Tylna część i boki absorbera są osłonięte materiałem izolacyjnym.

Kolektor rurowo- próżniowy jest to z kolei kolektor z absorberem w postaci rur próżniowych. Pojedynczym, podstawowym elementem tego typu kolektora jest rura szklana o podwójnej ściance, wykonana przeważnie ze szkła borowo-krzemowego, której końce są ze sobą stopione na podobieństwo bańki termosu. Z przestrzeni pomiędzy ściankami rury wypompowane zostaje powietrze tak, że powstała tam próżnia rzędu 10-6 barów, spełnia funkcje doskonałej izolacji cieplnej. Tego rodzaju rury stosowane są w kolektorach próżniowych z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego przez każdą z rur. Innym dostępnym na rynku rodzajem kolektora rurowo-próżniowego jest kolektor heat-pipe, który może być zbudowany również z rur o pojedynczym przeszkleniu.

W kolektorach tych czynnik grzewczy (ciecz) nie wpływa do rur a tylko opływa i odbiera ciepło z tzw. rurki ciepła, elementu wieńczącego każdą z próżniowych rur. W elemencie tym, następuje kondensacja specjalnej mieszanki zamkniętej i krążącej w rurach. Mieszanka ta ogrzewa się i odparowuje pod wpływem promieniowania słonecznego a następnie oddaje ciepło i skrapla się w rurce ciepła.

Każda z przedstawionych powyżej konstrukcji ma swoje zalety i wady. Ogólnie można stwierdzić, że kolektory płaskie charakteryzują się niższą ceną i większą niezawodnością wraz z dłuższym okresem gwarancji. Mają również wyższą wydajność w sezonie letnim, w którym dociera do Polski zdecydowana większość rocznego strumienia promieniowania słonecznego. Doskonale spełniają swoje zadanie w przypadku typowych instalacji do wspomagania ogrzewania c.w.u. W miesiącach zimowych, jaki i wiosenno-jesiennych bardziej zauważalna będzie jednak wyższość kolektorów próżniowych, co jest wynikiem przede wszystkim lepszej izolacyjności. Z tego względu ten typ kolektora będzie się bardziej nadawał do instalacji „combi” służących do wspomagania ogrzewania c.w.u. + c.o.

Na co zwrócić uwagę planując zakup kolektorów słonecznych
Rozważając możliwość budowy instalacji kolektorów słonecznych, trzeba również zapoznać się z istniejącymi warunkami architektoniczno-budowlanymi w miejscu przewidywanej inwestycji. W przypadku instalowania kolektorów na dachu ważne są następujące kwestie: 1) Czy jest wystarczająca ilość miejsca na dachu dla planowanej powierzchni kolektorów słonecznych? 2) Czy powierzchnia dachu, gdzie mają być zamontowane kolektory słoneczne, nie jest zacieniona przez drzewa lub inne budynki?3) Czy dach ma odpowiednio wytrzymałą konstrukcję? Sprawą zasadniczą jest również wybór instalatora. Jest niezwykle ważne, aby miał on odpowiednie kwalifikacje i doświadczenie. O działaniu instalacji decyduje, bowiem nie tylko jakość pojedynczych urządzeń, lecz także ich prawidłowe zestawienie, optymalizacja wielkości zasobnika, powierzchni kolektorów i innych komponentów, a także montaż oraz serwis gwarancyjny i pogwarancyjny.

źródło: www.inwestujwkolektory.pl