Solárne kolektory sa používajú v čoraz väčšom počte nemeckých domácností. Pohlcujú slnečnú energiu a premieňajú ju na teplo. Bez ohľadu na to, či sa používa na prípravu teplej vody alebo na podporu vykurovania - oblasti použitia sú rozmanité a predstavujú krok k udržateľnému životu.
Slnečné kolektory (solárne tepelné) a solárne články (fotovoltaika) môžu akumulovať slnečnú energiu a premieňať ju na teplo (solárne tepelné) alebo elektrinu (fotovoltaika). Je to veľký úspech, pretože hviezda v strede slnečnej sústavy je obrovským zdrojom energie: každý deň dopadne na zem okolo 1,8 x 1 014 kilowattov. My ľudia ani toľko energie nepotrebujeme - energetický výkon 1 010 kilowattov už pokrýva globálne požiadavky a každý deň dostaneme asi 10 000-krát viac energie.
Aj keď sa využívanie slnečnej energie začalo už v staroveku a predchodca dnešných slnečných kolektorov bol vynájdený v 19. storočí, skutočné využitie solárnej tepelnej technológie v Európe sa začalo až počas ropnej krízy v roku 1973. V tom čase sa hľadali alternatívy vykurovacieho oleja, takže iba pár rokov potom prišli na trh prvé solárne panely. Väčšina z nich bola príliš drahá a technicky nespoľahlivá.
Ale za posledných 45 rokov sa toho udialo veľa. Solárne kolektory sa dnes nachádzajú na mnohých strechách domov a sú dobrým spôsobom, ako vytvárať ďalšie teplo.
Vďaka svojmu diskrétnemu vzhľadu sú dnes solárne kolektory vhodné pre akékoľvek architektonické riešenie. Integrácia do strechy sa osvedčila mnoho rokov a ponúka ochranu pred vetrom a počasím.
Štruktúra a funkcia slnečného kolektora
Na využitie slnečnej energie na ohrev vody alebo na vykurovanie je potrebný solárny tepelný systém. Ale buďte opatrní: vždy je nevyhnutný druhý zdroj tepla, pretože energia generovaná solárnym tepelným systémom nie je dostatočná, najmä v zime. Drahá, ale jediná alternatíva: V zime ušetríte slnečné teplo s obrovskými nádržami.
Srdcom slnečnej sústavy je kolektor. Vo vnútri je absorbér, ktorý zachytáva slnečné žiarenie a pri tom sa zahrieva. Takto sa vytvára teplo, ktoré sa následne prenáša na teplonosné médium. Teplonosným médiom je kvapalina (solárna kvapalina), obvykle pozostávajúca z vody a propylénglykolu. Hlavným účelom propylénglykolu je zabrániť tomu, aby voda v zime zamrzla a v lete bola príliš horúca. Ohriata kvapalina sa prečerpáva potrubím cez absorbér a potom do solárneho zásobníka. Absorbér je väčšinou izolovaný zboku a zospodu, aby sa zabránilo tepelným stratám.
Typy solárnych panelov
V závislosti od inštalačného priestoru a rozpočtu si môžete vybrať medzi dvoma základnými modelmi: plochým kolektorom a trubicovým kolektorom.
Plochý kolektor
- absorbér
Plochý kolektor sa používa veľmi často. Obsahuje plochý nepretržitý absorbér, napríklad vyrobený z čierneho kovu, na zadnej strane ktorého sú pripevnené vodovodné potrubia, ktoré vedú teplo. Koľko slnečných lúčov absorbuje absorbér závisí od materiálu, tvaru, usporiadania rúrok a povlaku. Panely absorbujú slnečné lúče najlepšie, keď je materiál čo najčiernejší, najtenší a tepelne vodivý.
- Teplonosné médium
Cirkulujúca voda je obohatená o nemrznúce prísady, ako je propylén alebo etylénglykol, takže teploty mrazu neprasknú potrubie. Prísady by však mali byť environmentálne neutrálne.
- Zberateľské bývanie
Tlmič spočíva v tesne uzavretej skrinke, ktorá udržuje vlhkosť a prach preč. Kryt musí byť vyrobený z materiálu odolného proti korózii.
- Izolačná vrstva
Kryt je obložený ľahkým, ale pevným materiálom. Musí mať nízku hodnotu U a odolávať vysokým teplotám v kolektore. Rozšírené sú panely z tvrdej peny v spojení s rohožami z minerálnej vlny, ale tiež ovčia a kamenná vlna. Pri odplyňovacích prísadách buďte opatrní: Na vnútornej strane zasklenia vytvárajú zrazeninu a znižujú dopad svetla.
- Sklenený kryt
Zberná skrinka je pokrytá sklenenou doskou. Pre výber skla je dôležitý takzvaný stupeň prenosu. Udáva, koľko svetelného žiarenia sklo prepúšťa. Sklo by malo dosiahnuť hodnotu 0,9. Na tento účel sa používa tvrdené sklo s nízkym obsahom železa. Zvyčajne je štruktúrovaná tak, aby neoslňovala. Už niekoľko rokov existujú antireflexné sklá, ktoré majú vyššiu priepustnosť ako štruktúrované sklá. Stáli však o niečo viac.
Zberač vákuovej trubice
Vákuové trubicové kolektory pozostávajú z veľkého počtu vákuových trubíc obklopených kovovými reflektormi. Slnečné svetlo sa tak odráža reflektormi do trubice. Obsahujú tmavý absorbér. Pretože sú rúrky evakuované, sú tepelné straty minimalizované. Vyššie teploty sa navyše vyskytujú na menšej ploche. Kolektor efektívne funguje aj pri difúznom slnečnom svetle. Napríklad trubicové kolektory vyrábajú toľko teplej vody na 3,5 metroch štvorcových ako ploché kolektory na ploche päť metrov štvorcových. V lete je to takmer všetko na ohrev vody štvorčlennej rodiny. Za rok je uspokojených 60 percent potreby rodiny s teplou vodou. Nevýhoda: trubicový kolektor stojí dvakrát toľko ako plochý kolektor.
Pri trubicových kolektoroch je potrebné poznamenať, že existujú dva rôzne typy, ktoré uvádzame v nasledujúcich článkoch:
- Princíp tepelnej rúry
Každá uzavretá trubica tvorí uzavretý okruh. Lúče slnka, ktoré dopadajú na absorbér v trubici, spôsobujú odparenie špeciálnej kvapaliny. V hornej časti trubice sa para ochladzuje na bloku výmenníka tepla. Para opäť skvapalní. Kvapalina v trubici tečie späť dole - odparovanie sa začína znova. Teplo uvoľnené v procese zahrieva cirkulačnú tekutinu, ktorá prúdi okolo výmenníka tepla. Systém tepelných potrubí vyžaduje pre fungovanie okruhu minimálny uhol sklonu okolo 30 percent.
- Rúry s priamym prietokom
V tomto systéme slnko priamo ohrieva teplonosnú kvapalinu v absorpčnej trubici v strede trubice. Teplonosné médium prechádza niekoľkými rúrkami. Veľkou výhodou tohto systému je, že trubice môžu byť namontované vertikálne a horizontálne.
Vákuové trubicové kolektory poskytujú optimálny energetický výnos aj pri slabom slnečnom žiarení a v chladnom období.
Od akých podmienok závisí výnos?
Ročný výnos solárneho kolektora závisí od niekoľkých faktorov:
- Klimatické podmienky: Medzi jednotlivými miestami v rámci Nemecka môžu byť značné rozdiely. Existujú lokality s viac ako 1 000 kilowatthodinami na meter štvorcový ročne a lokality s menej ako 900 kilowatthodinami na meter štvorcový ročne.
- Orientácia: najlepšia je orientácia na juh a uhol sklonu okolo 45 stupňov.
- Tiene z iných budov alebo stromov.
- Znečistenie: Dážď a sneh zvyčajne odstraňujú veľkú časť nečistôt. Najlepšie je používať jemné pracie prostriedky a mäkkú kefku proti odolným škvrnám. Nepoužívajte vysokotlakové čističe.
Veľkosť kolektorov na ohrev vody
Každý, kto používa ploché kolektory, potrebuje na ohrev vody 1,5 štvorcového metra plochy kolektora na osobu v domácnosti. Pre výkonnejšie trubicové kolektory postačuje 1 meter štvorcový na hlavu. Pravidlo pre veľkosť zásobníka vody: Vypočítajte 40 litrov teplej vody s teplotou 45 stupňov Celzia na osobu a denné časy 2. Domácnosti pre 4 osoby si vystačia so 6 metrami štvorcovými plochých alebo 4 metrami štvorcovými trubicových kolektorov a zásobníkom 300 litrov. Náklady: okolo 3 500 eur.
Kúrenie solárnym teplom
Ak chcete na vykurovanie priestoru využívať slnečné teplo, vypočítajte v dobre izolovaných domoch 3 až 4 metre štvorcové kolektorovej plochy na osobu. Akumulačná nádrž by mala pojať okolo 60 litrov na meter štvorcový povrchu kolektora, o niečo väčšia pre trubicové kolektory. Náklady: od približne 6 000 eur. V dobre izolovanom dome môže solárny vykurovací systém poskytnúť až 25 percent energie na vykurovanie a ohrev vody.
Účinok snehu
Akonáhle sú solárne panely pokryté snehom, zvyčajne už neprinášajú žiadny výnos. Často však v týchto dňoch nie je žiadny výnos, pretože slnečné žiarenie je zvyčajne príliš nízke.
S trubicovými kolektormi je však v jasných, chladných dňoch stále možný dobrý výnos, takže odhŕňanie snehu môže byť užitočné.
Ak je slnečný kolektor pokrytý snehom, zvyčajne neabsorbuje žiadne slnečné svetlo, a preto nemôže akumulovať žiadnu energiu vo forme tepla.
Účinnosť solárnych kolektorov a solárnych článkov v porovnaní
A čo viac - slnečné kolektory alebo solárne články? Prax ukazuje, že solárne kolektory sú podstatne efektívnejšie ako fotovoltaické moduly. Solárne kolektory dosahujú účinnosť okolo 90 percent a tepelné straty takmer 50 percent. To je však stále lepšie ako účinnosť fotovoltického systému s účinnosťou iba 20 percent. Dôvodom je to, že slnečné svetlo pokrýva široké spektrum. Akýkoľvek druh žiarenia sa môže premeniť na teplo. Fotovoltaické systémy však môžu premieňať iba malú časť žiarenia na elektrinu.