Rozróżniamy dwa typy instalacji korzystających z energii słonecznej:
• kolektory słoneczne – służące zazwyczaj do przygotowania c.w.u.,
• panele fotowoltaiczne służące do produkcji energii elektrycznej.
14.2.1. Kolektory słoneczne
Są to urządzenia służące do bezpośredniej przemiany energii promieniowania słonecznego w użyteczne ciepło, w budynkach energooszczędnych najczęściej wykorzystywane do przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Instalacja składa się z kolektora słonecznego wystawionego na bezpośrednie działanie promieniowania słonecznego, który w możliwie maksymalnym stopniu je pochłania oraz czynnika cyrkulującego w zamkniętym obiegu, który odbiera zgromadzone ciepło, a następnie oddaje np. w zbiorniku c.w.u.
Rysunek 14.2 Schemat działania instalacji solarnej
Typy kolektorów słonecznych:
Kolektory płaskie
Najczęściej spotykany typ kolektora, mający kształt płyty. Ciecz w takim kolektorze przepływa przez rurki połączone trwale ze specjalną płytą pochłaniającą energię promieniowania słonecznego (tzw. absorber). 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 osłonięte są materiałem izolacyjnym.
Rysunek 14.3 Budowa kolektora płaskiego
Kolektory próżniowe
Przepływowe – z bezpośrednim przepływem czynnika grzewczego w rurkach, zamkniętych w rurze próżniowej, zapewniającej doskonałą izolację cieplną.
Typu heat-pipe – rozwiązanie bardziej zaawansowane technologicznie, używające tzw. rurki ciepła. Charakteryzuje się najwyższą sprawnością w ciągu całego roku.
Wybór rodzaju kolektorów słonecznych będzie kwestią indywidualną każdej inwestycji i będzie zależał od wielu czynników. Kolektory płaskie charakteryzują się niższymi kosztami początkowymi, a także są bardziej estetyczne. Natomiast kolektory próżniowe mają większą sprawność w pochmurne dni i można użytkować je przez cały rok. Na rysunku 14.5 przedstawiono porównanie wydajności cieplnej dwóch rodzajów kolektorów, według Instytutu Energii Odnawialnej.
Rysunek 14.4 Schemat działania rurki ciepła w kolektorze próżniowym
Rysunek 14.5 Porównanie wydajności cieplnej kolektora płaskiego i próżniowo-rurowego, źródło: Instytut Energii Odnawialnej
Czy wiesz, że?
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej oferuje 45% dopłaty do kredytów na kolektory słoneczne. Więcej informacji o programie na stronie NFOŚiGW www.nfosigw.gov.pl.
14.2.2. Panele fotowoltaiczne
Służą do konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Główną ich zaletą jest wytwarzanie czystej energii, bez emisji zanieczyszczeń, hałasu czy innych czynników negatywnie wpływających na środowisko. Niestety wytwarzany prąd jest prądem stałym, więc w większości przypadków do zasilania urządzeń potrzebne będzie dodatkowe urządzenie (falownik) zamieniające go na prąd zmienny.
Podstawowym elementem paneli fotowoltaicznych (PV ) jest ogniwo fotowoltaiczne, bezpośrednio odpowiedzialne za zamianę energii słonecznej w elektryczną. Ilość energii elektrycznej produkowanej przez system fotowoltaiczny zależy od wielu parametrów: zainstalowanej mocy, powierzchni paneli, sprawności, lokalizacji, orientacji płaszczyzny względem stron świata, jej nachylenia, nasłonecznienia, temperatury otoczenia.
Czy wiesz, że?
Komisja Europejska udostępniła mapę średniego rocznego nasłonecznienia w Polsce, pokazującej, w których częściach Polski możemy liczyć na najwyższe zyski słoneczne i gdzie potencjał zastosowania fotowoltaiki jest największy.
Systemy fotowoltaiczne dzielimy na dwa rodzaje:
Podłączone do sieci (in-grid):
• wymagają dodatkowego urządzenia (falownik) zamieniającego prąd stały na zmienny,
• wymagają dodatkowych zabezpieczeń na wypadek awarii sieci,
• muszą być dostosowane do standardów przesyłu,
• częściowo rozwiązują problem przechowywania energii w systemie energetycznym,
• alternatywnie możemy używać systemu akumulatorów awaryjnych,
odłączone od sieci (off-grid):
• wymagają systemu akumulatorów,
• są mniej efektywne kosztowo,
• umożliwiają bezpośrednie zasilanie urządzeń na prąd stały (np. system oświetlenia).
Na zdjęciach przedstawiono pokazową instalację paneli fotowoltaicznych, „Projekt fotowoltaiczny w Warszawie”, zainstalowaną na terenie Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej. Składają się na nią dwa systemy, o jednakowej mocy nominalnej 4,32 kWp:
• nieruchoma konstrukcja wolnostojąca – czyli nieruchome PV o kącie nachylenia 30°,
• jednoosiowy system śledzenia położenia słońca – PV z zainstalowanymi czujnikami optycznymi, naprowadzającymi konstrukcję na słońce.
Rysunek 14.6 Instalacja PV, po lewej jednoosiowy system śledzenia położenia słońca, po prawej nieruchoma konstrukcja wolnostojąca
Rysunek 14.7 Promieniowanie całkowite roczne na powierzchnię poziomą w kWh/m2 i potencjał produkcji energii z paneli fotowoltaiczych w kWh/m2, źródło: JRC
Rysunek 14.8 Porównanie wydajności dwóch systemów PV, źródło: http://solarproject-warsaw.eu
Jest to część niemieckiego projektu „Inicjatywa eksportowa. Energie odnawialne”, mającego na celu zaprezentowanie korzyści z zastosowanego nadążnego systemu instalacji fotowoltaicznej. Projekt został uruchomiony w połowie grudnia 2012 roku i już po siedmiu i pół miesiącach działania (sierpień 2013 r.) całkowity uzysk z instalacji z nadążnym systemem śledzenia jest o 49% wyższy w porównaniu z nieruchomym.