Obawy o stan środowiska naturalnego i możliwość wyczerpania się zapasów paliw kopalnych, znacznie zwiększyły zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii oraz doprowadziły do dużego wzrostu ich zastosowań w naszym kraju. Jednym ze źródeł, którego wykorzystywanie przez ludzkość - powszechne było od zarania dziejów, jest energia płynąca z promieniowania słonecznego.
Słońce jest głównym źródłem energii dla naszej planety. Energię słoneczną można bezpośrednio wykorzystywać poprzez zastosowanie systemów do jej pozyskiwania i akumulowania. W przeciwieństwie do tradycyjnej energetyki, polegającej na spalaniu kopalin, energia słoneczna jest powszechnie dostępna, dlatego najefektywniej może być wykorzystana lokalnie w celu przygotowania ciepłej wody, a w okresach przejściowych także na dogrzewanie budynków mieszkalnych.
Pod względem nasłonecznienia Polska nie ustępuje takim krajom jak Niemcy, czy Francja. W Polsce istnieją dobre warunki do wykorzystania energii promieniowania słonecznego, oczywiście przy prawidłowym dostosowaniu rodzaju systemu kolektorowego i jego właściwości, do charakteru, struktury i rozkładu w czasie promieniowania słonecznego. Największe szanse rozwoju mają technologie konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego, oparte na wykorzystaniu kolektorów słonecznych.
kolektory sloneczne : teoria i praktyka
Natężenie promieniowania słonecznego [kW/ m2]
Promieniowanie słoneczne jest to strumień energii, emitowany przez Słońce równomiernie, we wszystkich kierunkach. Miarą wielkości promieniowania słonecznego docierającego ze Słońca do Ziemi jest tzw. stała słoneczna. Jest ona wartością gęstości strumienia energii promieniowania słonecznego na powierzchni stratosfery i wynosi 1,4 kW/m2.
Na rys. ponizej przedstawiono rozkład sum nasłonecznienia na jednostkę powierzchni poziomej, w ciągu roku.
Zasoby energii słonecznej do praktycznego wykorzystania.
Rozwój cywilizacji powoduje wzrost zapotrzebowania na energię cieplną o 100% co ok. 30 lat. W celu określenia możliwości wykorzystania energii poprzez kolektory słoneczne, często konieczne jest przeprowadzenie obliczeń orientacyjnych. Na obszarze Polski różnice w natężeniu promieniowania słonecznego nie przekraczają 10%, więc w obliczeniach wstępnych można posługiwać się parametrami uproszczonymi. Tabela poniżej przedstawia uśrednione wartości parametrów, przydatnych do orientacyjnych obliczeń kolektorów słonecznych.
Można przyjąć, że właściwie dobrana instalacja do podgrzewania wody użytkowej z kolektorami słonecznymi - w naszym klimacie powinna pokrywać potrzeby użytkownika w 60-70 % (przy zastosowaniu na 1 mieszkańca, kolektora o powierzchni 1-1,5 m2).
Na wykresie poniżej, przedstawiono przybliżony procent pokrycia zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową z prawidłowo dobranej instalacji słonecznej.
Zasada działania kolektorów słonecznych.
Kolektory są urządzeniami energetycznymi, które absorbują energię promieniowania słonecznego i przetwarzają ją w energię cieplną przy pomocy medium roboczego. Energię promieniowania słonecznego można zamieniać na energie cieplną, chemiczną, lub elektryczną, przy czym zmiana na energię cieplną dokonuje się z największą sprawnością.
Zasada przetwarzania energii słonecznej w energię cieplną jest identyczna, bez względu typ kolektora. Opiera się ona na wykorzystaniu własności cieplnych powłok absorpcyjnych.
Przezroczyste pokrywy kolektorów w wysokim stopniu przepuszczają padające na nie promieniowanie słoneczne. Umieszczone pod pokrywą absorbery pochłaniają przepuszczone promieniowanie, nagrzewając się. Intensywność procesu absorpcji i nagrzewania, jest zależna od struktury powierzchni absorbera. Energia cieplna jest odbierana przez czynnik roboczy, płynący systemem rurociągów połączonych z płytą absorbera. Czynnik roboczy podgrzewa się do temperatury uzależnionej od natężenia jego przepływu oraz intensywności promieniowania słonecznego.
