Światło słoneczne

Od tysięcy lat w przeróżny sposób korzystamy z promieni słonecznych, ale dopiero stosunkowo niedawno, zaczęto wykorzystywać Słońce do generowania energii. Mimo tego, że znajduje się ono w odległości 150 milionów kilometrów od Ziemi jego zastosowanie pozwala osiągnąć zadziwiające efekty.

 

Wystarczy sobie uświadomić, że odpowiednio wykorzystana energia słoneczna docierająca do nas w ciągu 14 dni pokryłaby roczne zapotrzebowanie na energię całej planety w dodatku jest ona niewyczerpalnym i najbezpieczniejszym źródłem energii z dotychczas poznanych i istniejących. Jeżeli przyjmiemy, że wydobycie paliw kopalnych utrzyma się na poziomie z początku lat 90-tych to wyczerpanie się złóż nastąpi: dla ropy naftowej w ciągu 35 lat, gazu ziemnego w ciągu 55 lat, węgla kamiennego 190 lat, brunatnego - 285 lata. Oczywiście mówimy tu o globalnym zapotrzebowaniu, dla Polski, w której podstawowe źródło energii to węgiel kamienny i brunatny, wyczerpanie złóż nastąpi jeszcze szybciej.

„Stawiam swoje pieniądze na energię słoneczną. Mam nadzieję, że nie będziemy z tym czekali, aż skończy się ropa i węgiel.” T.A. Edison, 1931

Właśnie ten ogromny potencjał jaki drzemie w słońcu sprawił iż to właśnie w energii słonecznej pokłada się bezpieczeństwo energetyczne naszego globu.

Promieniowanie słoneczne jest strumieniem energii wysyłanym równomiernie przez Słońce. Do zewnętrznej atmosfery Ziemi dociera promieniowanie o mocy 1,36 kW/m2. Wartość ta została nazwana stałą słoneczną. W trakcie przebijania się przez atmosferę na skutek rozpraszania, odbicia i pochłaniania przez gazy i pyły, promieniowanie słoneczne jest osłabiane. Ta część, która dociera bez przeszkód do powierzchni ziemi nazywa się promieniowaniem bezpośrednim. To ono daje największe możliwości i największą moc. Pozostała część, która poprzez opisane wyżej zawirowania dociera ze wszystkich kierunków to, promieniowanie rozproszone (dyfuzyjne).

Energia promieniowania przypadająca na 1m2 powierzchni prostopadłej do promieni jest zależna od liczby godzin słonecznych a jej ilość można sprawdzić na poniższym rysunku.

Choć nasłonecznienie w Polsce nie jest tak duże jak w krajach południowych, jest zupełnie wystarczające, aby móc w sposób efektywny wykorzystywać jego energii do podgrzewania cieplej wody za pomocą kolektorów słonecznych oraz prądu z paneli fotowoltaicznych. Szacunkowy stopień pokrycia zapotrzebowania na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej energią słoneczną przy wykorzystaniu instalacji solarnej przedstawia poniższy wykres. 

Dobrze zaprojektowana i zamontowana instalacja solarna powinna w polskich warunkach pokryć ponad 60% rocznego zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej wody użytkowej i tym samym o tyle obniżyć koszty związane z tym koszty. Warto dodać że 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. Mino iż w najgorętszych okresach letnich wartość nasłonecznienia wynosi nawet do 1200 W/m2.

 

Warunki meteorologiczne w Polsce które charakteryzują się bardzo nierównomiernym rozkładem promieniowania słonecznego w cyklu rocznym.

 

80% całkowitej rocznej sumy nasłonecznienia przypada na sześć miesięcy sezonu wiosenno-letniego (od początku kwietnia do końca września). Czas aktywności słońca w zimie skraca się do 8 godzin dziennie, zaś w lecie w miesiącach najbardziej słonecznych osiąga 16 godzin.

Bardzo ważnym czynnikiem determinującym stopień wykorzystania promieniowania słonecznego jest ustawienie kolektorów słonczych. Aby maksymalnie wykorzystywać energię ze słońca, kolektory powinny być ustawione w kierunku południowym i pochylone do poziomu pod kątem ok. 30-45 stopni. W instalacjach które maja być wykorzystywane do wspomagania CO zalecane jest zwiększenie kąta ustawiania kolektora, które pozwoli w okresach grzewczych gdy słońce wschodzi niżej zapewnić bardziej prostopadłe padanie promienie słonczych oraz utrudni zaleganie śniegu.

Analogicznie w okresie letnim gdy instalacja solarna ma służyć podgrzewaniu wody w basenie nie zadaszonym kolektory można ustawić pod mniejszym kątem dzięki czemu swoją największą skuteczność będą miały w okresach letnich.

 

Kolektory słoneczne mogą być montowane praktycznie w dowolnym miejscy i na dowolnej powierzchni, co umożliwiają obecnie różnorodne systemy montażowe oferowane przez producentów. Niezmiennie najczęstszym miejscem montowania kolektorów słonecznych są dachy budynków. Efektywność takiego montażu jest wysoka, ponieważ dach, który normalnie osłania wnętrze budynku przed czynnikami atmosferycznymi i zmniejsza straty ciepła, w tym przypadku dostarcza również energię do obiektu, na którym jest zamontowany. Powierzchnie dachowe, oprócz ewidentnej oszczędności miejsca, oferują nam także zazwyczaj najlepsze parametry ekspozycji dla kolektorów słonecznych. Szukając odpowiedniego miejsca pod montaż kolektorów, należy bowiem pamiętać o tym, że musi to być powierzchnia niezacieniana przez obiekty typu sąsiadujące budynki, drzewa czy okoliczne wzniesienia w ciągu całego roku. Ponadto ważne jest, aby dana powierzchnia była skierowana możliwie w kierunku południowym, choć również i inne kierunki, oprócz północnych, są dopuszczalne.

Zachowując te wymogi, kolektory słoneczne możemy umieszczać dowolnie na dachach budynków, na ścianach, tarasach, na gruncie lub na budynkach sżsiadujących z budynkiem zasilanym.

 

Kolektory słoneczne są tylko częścią całej instalacji solarnej w której skład wchodzi szereg urządzeń ściśle ze sobą powiązanych i współpracujących. Jedynie poprawny dobór wszystkich elementów instalacji daje gwarancję odpowiedniego uzysku energii z instalacji i zadowole nie użytkownika. W skład kompletnej instalacji solarnej wchodzą:

  1. Kolektory słoneczne które służą do pozyskiwania ciepła słonecznego
  2. Rury łączące wszystkie elementy instalacji
  3. Zasobnik ciepłej wody użytkowej, który służy do magazynowania podgrzanej wody
  4. Pompa obiegowa wymuszająca przepływ cieczy solarnej pomiędzy kolektorami a zasobnikiem.
  5. Naczynie wzbiorcze, które zabezpiecza przed niebezpiecznym wzrostem ciśnienia w instalacji
  6. Dodatkowe źródło ciepła, które dogrzewa ciepłą wodę użytkową gdy warunki atmosferyczne nie powalają na pozyskanie wystarczającej ilości ciepła ze słońca.