Strona główna » Bez kategorii » Kolejne części nowoczesnego systemu grzewczego – kolektory słoneczne trochę inaczej

Kolejne części nowoczesnego systemu grzewczego – kolektory słoneczne trochę inaczej

Archiwum

Kolektory słoneczne to kolejny z elementów znanych od lat i całkiem popularnych w Polsce. Swoją karierę rozpoczęły dzięki dotacjom, ale dziś, kiedy tych dotacji już praktycznie nie ma, nadal powstają. Rzecz jest znana, powszechnie stosowania i prawidłowo instalowana. Yyyyy. Wszystko się zgadza oprócz tego ostatniego. W rzeczywistości potencjał kolektorów słonecznych jest w Polsce dość solidnie marnotrawiony, inwestycje są zbyt drogie, a ilość uzyskiwanej energii mniejsza niż należy.

A jak to zrobić porządnie?

Zaczynając od tego jak działają kolektory słoneczne. Idea jest prosta jak konstrukcja cepa i intuicyjnie zrozumiała. Wielki reaktor termojądrowy położony 8 minut świetlnych od nas dostarcza promieniowania o różnej długości fal. Te o najwyższej energii zwykle są zatrzymywane przez atmosferę Ziemi. I dobrze, bo wysokoenergetyczne promieniowanie dość skutecznie niszczy białka, a zwłaszcza DNA. Pozostaje ta część widma, która jest światłem widzialnym i trochę dookoła. A właściwie odwrotnie, bo życie na Ziemi wyewoluowało tak, aby widzieć w świetle, które dociera na powierzchnie (bo po jaką cholerę widzieć w części widma, które i tak nie dociera do miejsca gdzie się zwykle znajdujemy?).

Tak czy inaczej chodzi o to, aby to światło widzialne, nadfioletowe, a zwłaszcza podczerwone złapać i przytrzymać, przerabiając na przydatną nam energię.

Czas, jak zwykle, wrócić do podstaw fizyki

Promieniowanie nadfioletowe przekazuje zbyt mało energii, aby miało jakiekolwiek znaczenie, więc i tak obracamy się w spektrum widzialnym oraz podczerwieni (to ostatnie to promieniowanie, którego nie widzimy, ale odczuwamy jako ciepło). W takim razie potrzebna jest nam rzecz, lub materiał, który takie promieniowanie bardzo sprawnie będzie pochłaniać i nie oddawać aż do czasu, gdy go będziemy potrzebować. Ideałem pochłaniania takiego promieniowania jest fikcyjne ciało doskonale czarne. Rzeczy doskonałe nie istnieją w przyrodzie, więc i takie ciało jest fikcją, ale z grubsza rzecz biorąc im coś jest ciemniejsze i bardziej matowe, tym do tego ideału ma bliżej. Tym łatwiej pochłania promieniowanie w całym zakresie spektrum. Oraz zupełnie sprawnie całość tego natychmiast wypromieniowuje. W różne strony i z inną częstotliwością, ale w miarę od razu. Część tego promieniowania powędruje do wnętrza takiego przedmiotu, co oczywiście pozwoli mu się nagrzać do temperatury wyższej niż otoczenie. Ale tak naprawdę niewiele wyższej. A przynajmniej niewystarczającej, aby samym tylko takim pasywnym składowaniem ciepła w polskim klimacie uzyskać jakąkolwiek interesującą temperaturę, choć do dogrzania domu może by i wystarczyło.  Ale to możemy załatwić w znacznie prostszy sposób starym i prostym wynalazkiem, jakim jest okno, przepuszczające promieniowanie kiedy nas to interesuje oraz okiennice dokładnie to uniemożliwiające. Co oznacza, że jeśli potrzeba nam ciepła to otwieramy okiennice, gdy jest światło słoneczne i zamykamy w nocy, a jeśli tego ciepła zamierzamy się z wnętrza pozbyć to postępujemy dokładnie odwrotnie, co zresztą zapewne wiele osób zaobserwowało w czasie lata w strefie śródziemnomorskiej.

Skoro już wiemy, że pomysł zostawienia ciemnego przedmiotu a potem użycia jego ciepła jak już go się sporo uzbiera nie będzie działać, to co właściwie będzie?

To samo, ale z drobną poprawką. Otóż nadal promieniowania trzeba wyłapać jak najwięcej, uzbierac jak najwyższą temperaturę, a potem jak najszybciej wyprowadzić z naszego ciała niedoskonale czarnego do miejsca, gdzie zostanie zużyte. Albo jeszcze lepiej składowane do czasu, aż będziemy chcieli je zużyć. Do składowania zaś najlepsze jest miejsce, którego obudowa odbija całość promieniowania, jak na przykład zbiornik o idealnie lustrzanej powierzchni koloru idealnie białego.

Z grubsza rzecz biorąc to wszystko narzuca sposób rozwiązania takiego problemu. Rzecz, która jest wystawiona na promieniowanie, musi go pochłonąć jak najwięcej, jeśli to możliwe należy opóźnić wypromieniowanie z powrotem tej energii przez maksymalne kierowanie jej do wnętrza, a z drugiej strony uzyskane ciepło jak najszybciej odprowadzić.

Z takich założeń wynika kilka rzeczy. Na przykład to, że wysokie wykorzystanie energii słonecznej i wysoka temperatura w pewnym stopniu się wykluczają nawzajem. Po prostu albo staramy się przetrzymać energię jak najdłużej, aby wyrosła jak największa różnica temperatur, ale zawsze sporo ucieknie, albo odprowadzamy ją natychmiast, a mniej ważne ile jej jest. Według tej pierwszej filozofii są produkowane kolektory próżniowe, według drugiej — płaskie.

A które są lepsze?

Każde… o ile są używane we właściwy sposób. Właściwy to znaczy w przemyślanym celu, dopasowanym do warunków atmosferycznych i reszty instalacji.

W tym wszystkim przecież absolutnie nie chodzi o osiągnięcie jak największej temperatury, ani o działanie przez jak najdłuższą część roku. Chodzi oto, aby za jak najmniejsze pieniądze uzyskać jak najwięcej użytecznej energii, zarówno w skali roku jak tez całego życia instalacji.

Jak zdefiniujemy problem w ten sposób, to wszystko jest jakby jaśniejsze. Kolektory słoneczne to jest po prostu system pozyskujący energię słoneczną i odprowadzający ja do magazynu w celu użycia kiedy będzie potrzebna. Im mniejszej temperatury oczekujemy, tym system ma wyższą sprawność oraz może być prostszy.

Jedna rzecz to konstrukcja, a druga to klimat. Najfajniej jest wtedy, gdy można zainstalować kolektory jako jedyny system grzewczy i tyle. Po prostu oszczędza się na całej reszcie systemu grzewczego, której się nie zbudowało i jeszcze na paliwie. Cóż, to jest możliwe w miejscach, gdzie ogrzewa się wyłącznie wodę. To po pierwsze. Po drugie, przez cały rok, włącznie z najchłodniejszymi miesiącami, kolektory musza wystarczyć. To jest możliwe w miejscach, gdzie różnica ilości promieniowania słonecznego pomiędzy latem a zimą nie jest znaczna. To nie jest Polska.

W skrócie: Kapitan Oczywisty donosi, że kolektory słoneczne w polskim klimacie nie wystarczą dla zaspokojenia potrzeb cieplnych przez cały rok.

Skoro i tak nie wystarczą, to znaczy, że powinny być częścią jakiegoś systemu grzewczego.  Różne urządzenia zaprojektowane i zbudowane do wzajemnego uzupełniania się zawsze będą działać lepiej niż jedno, które obiektywnie działa tylko czasami.

Stąd najlepiej znaleźć takie miejsce w całym systemie ogrzewania, które sprawi, że uzyskamy więcej energii niższym kosztem, a wszystko będzie do siebie pasować. Kto czytał moje poprzednie wpisy, ten już wie. Zamiast do jakiegoś zbiornika na ciepłą wodą, kompletnie niepotrzebnego, przecież można ciepło z kolektorów dostarczać prosto do wielkiego domowego akumulatora ciepła. Tego samego, który jednocześnie poprawia sprawność spalania węgla.

Co więcej. Woda (czy glikol) wychodzący z kolektorów jeśli ma temperaturę 30 C to jest dla ogrzewania ciepłej wody w zasadzie nieprzydatny. Można częściowo wykorzystać, jeśli się przypilnuje, aby w bojlerze woda była do takiej temperatury podgrzana przez solary i potem elektrycznie. Akumulator ciepła rozwiązuje ten problem. Przez wężownicę u góry akumulatora podgrzewa c.w.u., wężownicą na dole woda jest podgrzewana przez solary. W sumie wystarczy, że ciepło  z solarów jest o 2-3 stopnie wyższe niż temperatura powrotu z instalacji CO, a już mamy zysk. Minimalny zysk, ale jakieś kilogramy węgla czy drewna mniej. Całkowicie za darmo, bo solary na lato już mamy, wczesną wiosną i jesienią ciepłej wody i tak same nie zagrzeją, a mogą trochę wspomóc CO. A może nawet kilka dni w zimie dostarczą trochę użytecznej energii?

Porównując podgrzewanie wody przez kolektory w ich własnym zbiorniku (max 300 l), a w akumulatorze ciepa pamiętajmy, że dla sensownego ogrzewania i tak 1 m3 (1000 l) akumulatora ciepła to po prostu minimum. 2 m3 to rozsądna wielkość na dom jednorodzinny. Ja, gdybym jakimś zadziwiającym zbiegiem okoliczności miał dla siebie budować dom w Polsce, to raczej bym od razu planował 4-5 m3 (jak nie więcej). Ta pojemność ma wpływ na przykład na to, ile zimnych i pochmurnych dni możemy przeczekać bez słońca, a mając cały czas ciepłą wodę tym słońcem ogrzaną. A nawet zapas do pewnego podgrzania domu w razie potrzeby.

A temperatura wody wychodzącej z solarów? W sumie ma znaczenie drugorzędne. I tak w zimie jest na tyle mało słońca, że nawet jeśli uzyskamy sensowne temperatury, to nie uzyskamy sensownych ilości ciepła nawet na pomocą najnowszej promocji – raty 0% superpróżniowych kolektorów. W swej istocie jest kompletnie obojętne, czy pozostałe 80% energii potrzebnej do podgrzania wody dostarczymy podgrzewając całość wody, która będzie o 20% podgrzana, czy mając 20% ciepłej wody, a resztę grzejąc przez całą różnicę temperatur, od wodociągu do kranu z ciepła wodą.

Konkludując — kolektory próżniowe z zasobnikiem na ciepłą wodę są bardzo dobrym rozwiązaniem do strefy zwrotnikowej.  Dla klimatu Polski kolektory płaskie podłączone do akumulatora ciepła w budynku są znacznie lepszym rozwiązaniem, jeśli patrzymy na sam koszt inwestycji. Jeśli kogoś nie ograniczają tak prozaiczne kwestie jak kilkanaście/kilkadziesiąt tysięcy złotych, to najbardziej polecam kolektory próżniowe, podłączone jak najbardziej do akumulatora ciepła, umieszczone blisko pionu lub zupełnie pionowo i przewymiarowane w olbrzymim stopniu. Na tyle przewymiarowane, że należy myśleć o zajęciu przez rury całej południowej elewacji domu. Co skrócie sezon grzewczy do maksymalnie kilku tygodni, niezbyt intensywnego grzania, zresztą.

Advertisements

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: