Energia słoneczna może być wykorzystywana na dwa sposoby: za pomocą fotoelektrycznych modułów do generowania energii elektrycznej, oraz kolektory słoneczne - do ogrzewania wody. Te ostatnie są dwóch rodzajów - próżniowe i płaskie. Ze względu na niższą cenę i łatwiejszą eksploatację bardziej powszechne są płaskie kolektory cieczowe.

Płaski kolektor cieczowy

Budowa kolektorów sprzedawanych w różnych firmach jest podobna, różnią się tylko najczęściej materiały, z których je produkują, jakość pracy i wyposażenie technologiczne. Zewnętrzna, widoczna część kolektora absorbuje energię słoneczna i przekazuje ją do systemu. Inne części systemu są niewidoczne: zbiornik ciepłej wody, sterownik, pompa obiegowa, zbiornik oraz rury zapewniające obieg.

Wybór kolektora słonecznego i jego budowa

Rurowe kolektory próżniowe to wysoko zaawansowany, szczytowy produkt techniki solarnej. Są one bardziej efektowne, ale rzadziej używane ze względu na trudniejszą eksploatacje i wyższą cenę.

1.Rurowe kolektory próżniowe z cieczą 2. Próżnia. 3. Szkło

Największy problem kolektorów próżniowych, to utrata próżni, dlatego często występuje potrzeba wymiany nie tanich części zamiennych. Ponadto z powodu wysokiej temperatury podgrzewana ciecz szybciej niż w kolektorach płaskich traci wymagane właściwości, dlatego konieczna jest wymiana, która bez specjalnych urządzeń jest prawie niemożliwa. Problemy też mogą się pojawić, jeżeli na kolektory spadnie grad o średnicy kulek ponad 2,5 cm.
Płaskie kolektory są tańsze i maja o wiele prostszą konstrukcję. Energię słoneczną absorbuje specjalny czarny materiał- absorber. Na przykład, płaskiego kolektora firmy „Schüco" absorber oddaje tylko 5 procent pochłoniętej energii słonecznej.
Absorber przekazuje energię słoneczną zamienioną na ciepło do metalowej płyty, która przekazują ciepło wypełnionym cyrkulującą cieczą rurom. Bardzo ważny jest kontakt między metalowa płytą i rurami, bo od tego zależy efektywność przekazywania ciepła. Jest kilka rodzai takich kontaktów:

1. Miedziana płytka. 2. Miedziana rurka. 3. Przymocowana za pomocą spawania. 4. Przymocowana za pomocą lutowania. 5. Płytka aluminiowa. 6. Spłaszczona miedziana. 7. Otaczająca płytka aluminiowa.

Zdaniem specjalistów, efektywniejsze są częściowo spłaszczone rurki miedziane, bo mają większą powierzchnię stykową z metalową płytką.

Wybierając płaski kolektor należy uwzględnić sposób montowania. Taki kolektor jest ciężki gdyż zamontowany na zewnątrz jest narażony na siłę przyrody, stąd trzeba uwzględnić czy jest wygodny w montowaniu i transportowaniu. Np.: firma „Schuco" wynalazła prosty ale efektywny sposób co do mocowania i przetransportowywania kolektorów. Wzdłuż ramy zrobiono 8 mm rowek, w którym montuje się uchwyty do przenoszenia oraz elementy mocujące.

Kolektor i konstrukcja podtrzymująca

Obliczanie mocy kolektora

Czy przy instalacji takiego systemu można oczekiwać, że wystarczy samej energii słonecznej do ogrzewania całego domu i podgrzewania wody? Wątpliwe, ale...
Producenci systemów wykorzystujących energię słoneczną stwierdzili, że taki system się opłaca, jeżeli jest odpowiednio dostosowany do potrzeb użytkownika. Tu działają inne zasady niż przy projektowaniu zwyczajnego ogrzewania. Ponieważ systemy energii słonecznej są dostosowywane do zwykłych potrzeb energetycznych, są one kalkulowane w stosunku do średniego zapotrzebowania ciepłej wody w lecie. Planując urządzenie kolektora do podgrzewania wody dla niedużej liczby użytkowników ( dom jedno albo dwu rodzinny), zakładane jest, że w ciągu roku otrzymana energia słoneczna stworzy 50-65 proc potrzebnej energii. Trzeba unikać nadmiernego systemu, wiadomo słońce utworzyłoby więcej energii, ale zużycie jej byłoby o wiele mniejsze, a poza tym cena takiego kolektora byłaby już wyższa.

X - miesiące Y - Zapotrzebowanie na energię i otrzymywana energia słoneczna 1 -Ilość ciepła potrzebna do ogrzewania starych budynków. 2 - Ilość ciepła potrzebna do ogrzewania nowych budynków. 3 - Otrzymywanie energii za pomocą kolektora o powierzchni 30 m. kw. 4 - Otrzymywanie energii za pomocą kolektora o powierzchni 6 m. kw. 5 - Potrzebna ilość energii do podgrzewania wody.

W przypadku stwierdzenia, że słońce powinno stworzyć około 60 proc. potrzebnej energii do podgrzewania wody, co w przeliczeniu na osobę otrzymujemy, że zapewni to kolektor o powierzchni - około 1,3 m2, więc na rodzinę czteroosobową , potrzebny jest kolektor o powierzchni 5-6 m2, lub co najmniej dwa kolektory.

Chcąc by energia słoneczna była wykorzystywana do ogrzewania wody i całego mieszkania, trzeba planować by stanowiło to 15-25 proc. całej energii wykorzystywanej do ogrzewania domu i podgrzewania wody. Tak więc, potrzebna powierzchnia kolektorów ma być obliczana od 0,8 do 1,1 m. kw. na 10 m. kw. powierzchni mieszkania. Można też liczyć inaczej: zwiększając potrzebną ilość powierzchni kolektora do podgrzewania wody dwu albo i trzy krotnie. W obu przypadkach otrzymujemy podobny wynik - trzeba będzie 4-5 kolektorów, w zależności od ich wymiarów.

Kuszącą propozycją jest - latem wykorzystywanie energii słonecznej do podgrzewania wody w basenie. Jeżeli basen jest na zewnątrz, a kolektory słoneczne będą używane tylko w celu podgrzewania wody w basenie, powierzchnia kolektora musi wynosić 0,6-1 powierzchni basenu, w zależności od tego czy basen jest otwarty czy pod przykryciem.

Sam kolektor jest ważny, ale to nie jedyna część systemu wykorzystująca energię słoneczną. Słońce ogrzewa ciecz cyrkulującą w rurkach kolektora, pompa tą ciecz rozprzestrzenia po rurach, aż dotrze do zbiornika podgrzewanej wody.
Zbiorniki podgrzewanej wody w systemach używających energię słoneczną są większe od zwyczajnych. One biorą od słońca tyle energii ile może pochłonąć kolektor słoneczny i w taki sposób zapewniają odpowiednią temperaturę do ogrzewania mieszkania albo podgrzewania wody. Ciepło słoneczne ogrzewa wodę znajdującą się na dnie zbiornika, natomiast używana woda znajdująca się w górnej części jeżeli nie jest odpowiednio zagrzana w razie potrzeby jest podgrzewana tradycyjnym systemem ogrzewania albo dodatkowo zamontowanym grzejnikiem elektrycznym.

Cały system jest regulowany sterownikiem. Najprostszy sterownik włącza pompę cyrkulacyjną, gdy energia słoneczna nagrzeje płyn w porównaniu do płynu na dnie zbiornika o co najmniej 6 stopni wyżej i wyłącza pompę kiedy różnica temperatur wynosi mniej niż 3 stopnie. Zaawansowane sterowniki reagują na więcej czynników i parametrów, a pracę całego systemu reguluje tak, by była jak największa wydajność i podaje informacje użytkownikowi.
Podstawowe właściwości systemów wykorzystujących energię słoneczną firmy „Schüco":

Kolektory

Płaskie kolektory są trzech rodzai: Standard, Kompakt, Premium, poza tym różnią się wielkością, ceną, kolorem i możliwościami montowania.
Wszystkich kolektorów korpusy i tylne ścianki są z aluminium, mają selektywny absorber (pochłania do 95 proc.), który odprowadza ciepło cyrkulującej w krętych rurkach, niezamarzającej cieczy ( propylen-glikol z wodą). Dla specjalnej technologii przekazywania ciepła miedziane rurki są otoczone 360° ciepło odprowadzającymi płytami. Ciepło przekazywane jest jeszcze efektywniej za pomocą hartowanego szkła o grubości 4 mm, które dobrze przepuszcza promienie słoneczne i idealnie chroni od gradu. Rama kolektora ma kanał śrubowy, co sprawia łatwe transportowanie i montowanie kolektora.

Zbiorniki na ciepłą wodę wykonywane są ze stali emaliowanej próżniowym sposobem z dodatkiem magnezu albo dodatkowo montowaną nierozpuszczającą się tytanową anodą w ochronie przed korozją. W zależności od sposobu wykorzystywania zbiornik ma wbudowane jedną albo i więcej wężownic, może on mieć i wężownicę i wmontowany pojemnik na ciepłą wodę. Zbiorniki o większej średnicy mają zdejmowaną izolację - ułatwia to wnoszenie urządzenia przez wąskie drzwi.

Nagrzana słońcem woda jest przekazywana do zbiornika gorącej wody.

W pompowni zamontowana jest nie tylko pompa obiegowa, miernik przepływu, ale i system odpowietrzający, który usuwa powietrze doprowadzone do zbiornika ciepłej wody. W takim wypadku nie potrzebny jest zawór odpowietrzający na dachu przy samym kolektorze.

Montowanie kolektora

Montując kolektor należy uwzględnić kilka czynników: najlepszy kierunek i kąt oświetlenia oraz opór powietrza. Najefektywniejszy to kąt 30-60 stopni, natomiast zimą wydajniejszy jest większy kąt, a latem mniejszy. Najczęściej kolektor ustawiany jest pod kątem 45 stopni, albo jeżeli dach jest skośny, to równolegle do pokrycia dachowego (wtedy jest mniejszy opór powietrza). Montując kolektor na ścianie, wydajność zmniejsza się o 20 proc.

Najlepszy jest kierunek południowy, gorszy - wschodni i zachodni.
Kolektory są przystosowane do montowania na różnych dachach. Na płaskim dachu - kolektor jest montowany na aluminiowej trójkątnej ramie, którą montuje się na betonowych bloczkach . Urządzenia montujące są dostosowywane do różnych pokryć dachowych, zazwyczaj przymocowuje się je do krokwi dachowych.

Mogą też być montowane na pokryciu dachowym jak i w pokrycie dachowe.

Łącznik kolektora słonecznego z pokryciem dachowym.

Montowanie kolektora zależy też od firm produkujących kolektory. Np.: kolektory firmy „Schuco" Standard i Kompakt mogą być montowane zarówno na dachu płaskim jak i skośnym, a z kolei kolektory Premium mogą być montowane wszędzie. Kolektory mogą być wmontowywane w pokrycia dachowe, albo montowane na nich . Mocujące detale aluminiowe albo ze stali nierdzewnej są dopasowywane do konkretnego pokrycia dachowego i sposobu montowania.

Kolektor połączony jest z pojemnikiem ciepłej wody miedzianymi (15-25m) albo falistymi podwójnymi rurkami ze stali nierdzewnej (15 m) oraz przewodem z czujnikiem temperatury połączonym z kolektorem. Przewody są izolowane odpowiednią izolacją odporną na ciepło atmosferyczne.

Łącznik kolektora słonecznego z dachem

Łącznik kolektora z pokryciem dachowym Universal

Cena Ekonomicznego zestawu Standard do produkcji gorącej wody na czteroosobową rodzinę wynosi 2319 euro. Cena nie obejmuje mocowań, podwójnych rur i montażu, które zależą od rodzaju pokrycia dachowego.