Sončni kolektorji se uporabljajo v vedno več nemških gospodinjstvih. Sončno energijo absorbirajo in pretvorijo v toploto. Ne glede na to, ali se uporablja za pridobivanje tople vode ali za ogrevanje - področja uporabe so raznolika in korak k trajnostnemu življenju.
Sončni kolektorji (sončna toplota) in sončne celice (fotovoltaika) lahko shranjujejo sončno energijo in jo pretvarjajo v toploto (sončna toplota) ali elektriko (fotovoltaika). To je velik dosežek, saj je zvezda v središču sončnega sistema velik vir energije: vsak dan na zemljo prileti približno 1,8 x 1014 kilovatov. Ljudje niti ne rabimo toliko energije - izhodna moč 1010 kilovatov že pokriva svetovne potrebe in vsak dan dobimo približno 10.000-krat več energije.
Čeprav se je uporaba sončne energije začela že v antiki in je bila predhodnica današnjih sončnih kolektorjev izumljena v 19. stoletju, se je resnična uporaba toplotne sončne tehnologije v Evropi začela šele med naftno krizo leta 1973. Takrat so iskali alternative kurilnemu olju, zato le nekaj let potem so na trg prišli prvi sončni kolektorji. Večina jih je bila predraga in tehnično nezanesljiva.
Toda v zadnjih 45 letih se je zgodilo marsikaj. Sončne kolektorje lahko zdaj najdemo na številnih strehah hiš in so dober način za ustvarjanje dodatne toplote.
Zahvaljujoč diskretnemu videzu so sončni kolektorji zdaj primerni za katero koli arhitekturno rešitev. Integracija strehe se je izkazala že vrsto let in ponuja zaščito pred vetrom in vremenom.
Zgradba in funkcija sončnega kolektorja
Za uporabo sončne energije za ogrevanje vode ali ogrevanje je potreben sončni toplotni sistem. A bodite previdni: vedno je potreben drugi generator toplote, saj energija, ki jo proizvaja sončni sistem, ne zadostuje, zlasti pozimi. Draga, a edina alternativa: Pozimi prihranite toploto sonca z ogromnimi rezervoarji.
Srce sončnega sistema je kolektor. V notranjosti je absorber, ki ujame sončno sevanje in se pri tem segreje. To ustvarja toploto, ki se nato prenese na medij za prenos toplote. Medij za prenos toplote je tekočina (sončna tekočina), običajno sestavljena iz vode in propilen glikola. Glavni namen propilenglikola je preprečiti, da bi voda pozimi zmrznila in se poleti preveč segrela. Ogrevana tekočina se črpa skozi cevi skozi absorber in nato v rezervoar za sončenje. Večinoma je absorber izoliran ob strani in spodaj, da prepreči izgubo toplote.
Vrste sončnih kolektorjev
Glede na prostor za namestitev in proračun lahko izbirate med dvema osnovnima modeloma: ploščati kolektor in cevni kolektor.
Ploščati zbiralnik
- absorber
Ploščati kolektor se uporablja zelo pogosto. Vsebuje raven neprekinjen absorber, na primer iz počrnjene kovine, na hrbtni strani katerega so pritrjene vodovodne cevi, ki prevajajo toploto. Koliko sončnih žarkov absorbira absorber, je odvisno od materiala, oblike, razporeditve cevi in prevleke. Plošče najbolje absorbirajo sončne žarke, ko je material čim bolj črn, tanek in toplotno prevoden.
- Sredstvo za prenos toplote
Voda v obtoku je obogatena s sredstvi proti zmrzovanju, kot sta propilen ali etilen glikol, tako da temperature zmrzovanja ne počijo cevi. Vendar pa morajo biti dodatki okolju nevtralni.
- Ohišje kolektorja
Absorber počiva v tesno zaprti škatli, ki preprečuje vlago in prah. Ohišje mora biti izdelano iz materiala, odpornega proti koroziji.
- Izolacijski sloj
Ohišje je obloženo z lahkim, a močnim materialom. Imeti mora nizko vrednost U in prenesti visoke temperature v kolektorju. Razširjene so trde penaste plošče v povezavi z blazinami iz mineralne volne, pa tudi ovčje in kamene volne. Bodite previdni pri seštevanju sestavin: na notranji strani zasteklitve tvorijo oborino in zmanjšujejo pojav svetlobe.
- Stekleni pokrov
Zbirna škatla je prekrita s stekleno ploščo. Za izbiro kozarca je pomembna tako imenovana stopnja prepustnosti. Označuje, koliko svetlobnega sevanja prepušča steklo. Kozarec mora doseči vrednost 0,9. V ta namen se uporablja kaljeno steklo, ki vsebuje malo železa. Običajno je strukturiran tako, da ne zaslepi. Že vrsto let obstajajo antirefleksna očala, ki imajo večjo prepustnost kot strukturirana očala. Stanejo pa malo več.
Zbiralec vakuumske cevi
Zbiralniki vakuumskih cevi so sestavljeni iz velikega števila vakuumskih cevi, ki so obdane s kovinskimi reflektorji. Sončni svetlobni reflektorji tako odbijajo v cev. Vsebujejo temen absorber. Ker so cevi izpraznjene, je izguba toplote čim manjša. Poleg tega se na manjšem območju pojavijo višje temperature. Kolektor deluje učinkovito tudi pri razpršeni sončni svetlobi. Cevni kolektorji na primer na 3,5 kvadratnih metrih ustvarijo toliko tople vode kot ploski kolektorji na površini petih kvadratnih metrov. Poleti je to skoraj povsem dovolj za ogrevanje vode štiričlanske družine. V enem letu je zadovoljenih 60 odstotkov potrebe družine po topli vodi. Pomanjkljivost: cevni kolektor stane dvakrat toliko kot ploščati kolektor.
Ko gre za zbiralnike cevi, je treba opozoriti, da bomo v nadaljevanju predstavili dve različni vrsti:
- Načelo toplotne cevi
Vsaka zaprta cev tvori zaprti krog. Sončni žarki, ki zadenejo absorber v cevi, povzročajo izhlapevanje posebne tekočine. Na vrhu cevi se para ohladi na bloku izmenjevalnika toplote. Para se spet utekočini. Tekočina v cevi teče nazaj navzdol - izhlapevanje se začne znova. Toplota, ki se sprosti v procesu, segreje obtočno tekočino, ki teče mimo izmenjevalnika toplote. Sistem toplotnih cevi za delovanje vezja zahteva minimalni kot naklona približno 30 odstotkov.
- Cevi z neposrednim tokom
S tem sistemom sonce neposredno segreva tekočino za prenos toplote v absorbcijski cevi na sredini cevi. Medij za prenos toplote teče skozi več cevi. Velika prednost tega sistema je, da je mogoče cevi namestiti navpično in vodoravno.
Kolektorji z vakuumsko cevjo zagotavljajo optimalen donos energije, tudi če je sončnega sevanja malo in v hladni sezoni.
Od katerih pogojev je odvisen donos?
Letni donos sončnega kolektorja je odvisen od več dejavnikov:
- Podnebne razmere: Med posameznimi lokacijami v Nemčiji so lahko velike razlike. Obstajajo lokacije z več kot 1.000 kilovatnih ur na kvadratni meter na leto in lokacije z manj kot 900 kilovatnimi urami na kvadratni meter na leto.
- Usmerjenost: najboljša je usmeritev proti jugu in naklonski kot okoli 45 stopinj.
- Sence iz drugih stavb ali dreves.
- Onesnaženje: Dež in sneg običajno odstranita velik del umazanije. Najbolje je, da uporabljate nežne detergente in mehko krtačo proti trdovratnim madežem. Izogibajte se uporabi visokotlačnih čistilcev.
Velikost kolektorjev za ogrevanje vode
Kdor uporablja ravne zbiralnike, potrebuje 1,5 kvadratnih metrov površine zbiralnika na osebo v gospodinjstvu za ogrevanje vode. Za močnejše zbiralnike cevi zadostuje 1 kvadratni meter na glavo. Pravilo velikosti rezervoarja za vodo: Izračunajte 40 litrov tople vode s 45 stopinjami Celzija na osebo in dnevne krat 2. Gospodinjstvo s 4 osebami se lahko znajde s 6 kvadratnimi metri ravnih ali 4 kvadratnimi metri cevnih zbiralnikov in hranilnikom s 300 litri. Stroški: okoli 3.500 evrov.
Ogrevanje s sončno toploto
Če želite uporabiti sončno toploto za ogrevanje prostorov, v dobro izoliranih hišah izračunajte 3 do 4 kvadratne metre površine kolektorja na osebo. Zalogovnik naj vsebuje približno 60 litrov na kvadratni meter površine kolektorja, kar je malo večje za cevne kolektorje. Stroški: od okoli 6000 evrov. V dobro izolirani hiši lahko solarni sistem ogrevanja zagotovi do 25 odstotkov energije za ogrevanje in toplo vodo.
Vpliv snega
Ko so sončni kolektorji prekriti s snegom, običajno ne dajo več nobenega donosa. Pogosto pa v teh dneh itak ni donosa, ker je sončno sevanje običajno prenizko.
Pri zbiralnikih cevi pa je v jasnih, hladnih dneh še vedno mogoč donos, zato je odstranjevanje snega lahko koristno.
Če je sončni kolektor prekrit s snegom, običajno ne absorbira sončne svetlobe in zato ne more shraniti energije v obliki toplote.
Primerjava učinkovitosti sončnih kolektorjev in sončnih celic
Še več - sončni kolektorji ali sončne celice? Izkušnje so pokazale, da so sončni kolektorji bistveno bolj učinkoviti kot fotonapetostni moduli. Sončni kolektorji dosegajo izkoristek približno 90 odstotkov, toplotne izgube pa slabe 50 odstotkov. Vendar je to še vedno boljše od izkoristka fotovoltaičnega sistema z izkoristkom le 20 odstotkov. Razlog za to je, da sončna svetloba pokriva širok spekter. Kakršno koli sevanje lahko pretvorimo v toploto. Vendar pa lahko fotonapetostni sistemi le majhen del sevanja pretvorijo v elektriko.
