Przetwarzanie energii słonecznej- poradnik

Przetwarzanie energii słonecznej
 

SPOSOBY WYKORZYSTANIA ENERGII PROMIENIOWANIA SŁONECZNEGO

        Promieniowanie słoneczne jako pierwotne źródło energii przyczynia się do powstawania odnawialnych źródeł wtórnych. Konsekwencją tego jest np.:

  • ruch powietrza i wód oceanicznych,
  • akumulowanie energii pod postacią biomasy,
  • obieg wody w przyrodzie (przepływ wody w rzekach, parowanie, opady).

 

Z biomasy natomiast w wyniku różnorodnych procesów trwających wiele tysięcy lat powstały paliwa tradycyjne, takie jak węgiel kamienny czy ropa naftowa.

Metody przetwarzania energii słonecznej do energii w innej postaci przedstawiono na poniższym rysunku.

 

 

Charakterystyka
 

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

        Kolektory słoneczne umożliwiają przemianę energii promieniowania słonecznego na energię cieplną. Urządzenia te wykorzystują w tym celu promieniowanie bezpośrednie, rozproszone i odbite.

         Najprostszy kolektor składa się z absorbera oraz czynnika odbierającego ciepło. Absorber pochłania energię promieniowania słonecznego i przekazuje ją czynnikowi roboczemu. Ze względu na rodzaj czynnika roboczego wyróżnia się kolektory cieczowe i powietrzne. Wśród kolektorów cieczowych wyróżnić można:

    • kolektory płaskie (płaskopłytowe),
    • kolektory próżniowe,
    • kolektory magazynujące,
    • kolektory elastyczne (wykonane z tworzyw sztucznych).

Wśród kolektorów powietrznych:

    • kolektory z absorberami płaskimi (w tym z żebrowymi),
    • kolektory z absorberami o powierzchni rozwiniętej,
    • kolektory z absorberami porowatymi,
    • kolektory nadciśnieniowe (foliowe).

Biorąc pod uwagę konstrukcję wyróżnia się kolektory skupiające i płaskie.

Materiały, z których produkuje się kolektory słoneczne powinny mieć określone właściwości. Ich odpowiedni dobór gwarantuje wysoką sprawność kolektora i jego długą żywotność.

Współcześnie produkowane kolektory słoneczne, mimo różnych zastosowań i kształtów, mają wiele cech wspólnych. W celu poprawy ich sprawności absorbery pokrywane są powłokami selektywnymi, stosowane materiały izolacyjne cechują się dużą nieprzepuszczalnością termiczną, pokrycia minimalizują straty ciepła i zwiększają przenikanie promieni słonecznych.

 

Kolektory słoneczne
 

PŁASKIE KOLEKTORY CIECZOWE

         Płaskie kolektory cieczowe, tak jak inne kolektory cieczowe, używane są głównie do podgrzewania wody w domach, w basenach, w stawach hodowlanych itp.

        Najprostszy taki kolektor przedstawiono na poniższym rysunku. Składa się on z: absorbera, rurek z czynnikiem roboczym (najczęściej jest to rozcieńczony glikol propylenowy), rur zbiorczej, pokrycia z hartowanego szkła, obudowy z izolacją z wełny mineralnej oraz elementów pomocniczych, takich jak: uszczelki, przyłącza, śrubunki. Typowe płaskie kolektory mają postać prostopadłościanu o długości od 1-2 m, szerokości od 0,5-1,5 m i wysokości do 10 cm.

Materiał, z którego wykonuje się absorber powinien cechować się dobrym przewodnictwem cieplnym, małą gęstością, łatwą obróbką mechaniczną, odpornością na wysokie temperatury, odpornością na korozję atmosferyczną i korozję od strony czynnika roboczego. Absorbery wykorzystywane w kolektorach słonecznych płaskich najczęściej wykonane są z blachy stalowej, aluminiowej lub miedzianej. W celu poprawy sprawności kolektora pokrywa się je powłokami selektywnymi.

 

 

Sprawność
 

SPRAWNOŚĆ KOLEKTORA

      Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a otoczeniem.

        Poniższy wykres przedstawia zależność pomiędzy zredukowaną różnicą temperatur (różnica średniej temperatury czynnika i temperatury otoczenia podzielona przez gęstość promieniowania słonecznego) a sprawnością kolektora.

Instalacje solarne
INSTALACJE SOLARNE - INFORMACJE OGÓLNE

 

           Najczęściej stosowanymi  instalacjami solarnymi są instalacje do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, instalacje do ogrzewania basenów oraz instalacje wspomagające ogrzewanie budynków. Ponadto instalacje te mogą być w dowolny sposób ze sobą łączone.

        Instalacje do podgrzewania ciepłej wody użytkowej dzielą się zasadniczo na dwie grupy. Do pierwszej z nich należą instalacje, w których przepływ czynnika przebiega samoczynnie. Są to instalacje termosyfonowe, zwane grawitacyjnymi. W tego typu instalacjach czynnikiem roboczym jest woda. Wykorzystywana jest ona również do magazynowania ciepła. Przepływ czynnika następuje dzięki występującej różnicy gęstości wody w kolektorze i zbiorniku magazynującym.

        Drugim typem instalacji są instalacje z obiegiem wymuszonym. Dzielą się one na instalacje z bezpośrednim i pośrednim podgrzewaniem wody. Instalacje z bezpośrednim podgrzewaniem wody charakteryzują się tym, że przez kolektor przepływa woda użytkowa. W drugim przypadku rolę czynnika roboczego pełni specjalny płyn solarny. Jest nim najczęściej roztwór glikolu propylenowego. Przepływając przez wymiennik ciepła znajdujący się w zasobniku oddaje swoje ciepło i wraca do kolektora słonecznego. W obu przypadkach ruch czynnika roboczego wymuszony jest przez działanie pompy obiegowej. 

        W strefie klimatycznej w jakiej znajduje się Polska najczęściej używa się instalacji solarnych z wymuszonym obiegiem, z pośrednim podgrzewaniem wody. 

            Instalacje solarne bardzo dobrze nadają się również do podgrzewania wody w basenach kąpielowych.  Instalcje złożone z większej liczby kolektorów słonecznych warto podłączyć do zasobnika służącego do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. W ten sposób za jednym razem można mieć ogrzaną wodę w basenie oraz ciepłą wodę użytkową.

            Instalacje wspomagające ogrzewanie budynków najlepiej sprawdzają się przy ogrzewaniu podłogowym.  Ciepło zgromadzone w zasobniku może wystarczyć do ocieplenia domu bez konieczności podgrzewania wody poprzez piec C.O. lub grzałkę elektryczną. Dodatkowo warto rozważyć wykorzystanie instalacji do podgrzewania wody basenowej w porze letniej, aby w pełni wykorzystać moc grzewczą kolektorów słonecznych.
Instalacje solarne
 

INSTALACJE SOLARNE DO PODGRZEWANIA CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ

          Na poniższym rysunku przedstawiono najczęściej spotykany rodzaj instalacji solarnej. Ciepła woda użytkowa nagrzewana jest przez ciepło wytworzone w kolektorze słonecznym a w razie potrzeby również przez piec C.O.
 Instalacje solarne
 

INSTALACJA SOLARNA DO PODGRZEWANIA WODY W BASENIE

           Bardzo częstym sposobem wykorzystania instalacji solarnej jest połączenie podgrzewania wody z wspomaganiem centralnego ogrzewania. Najbardziej wydajne jest wykorzystanie instalacji ogrzewania podłogowego. Na poniższym rysunku przedstawiono taki właśnie rodzaj instalacji solarnej.
  Instalacje solarne
 

INSTALACJE SOLARNE DO PODGRZEWANIA CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ I WSPOMAGANIA CENTRALNEGO OGRZEWANIA

           Bardzo częstym sposobem wykorzystania instalacji solarnej jest połączenie podgrzewania wody z wspomaganiem centralnego ogrzewania. Najbardziej wydajne jest wykorzystanie instalacji ogrzewania podłogowego.