Kolektory słoneczne
Kolektory i współpracująca z nimi instalacja wykorzystują promieniowanie słoneczne do podgrzania wody. Przebiega to w kilku krokach.
- kolektor pochłania promieniowanie słoneczne, a następnie zamienia je w ciepło;
- ciepło odbierane jest przez czynnik roboczy (najczęściej płyn niezamarzający);
- czynnik roboczy przepływa rurami do wężownicy, która umieszczona jest w zasobniku wody i przekazuje jej ciepło.
Na rynku dominują kolektory płaskie oraz rurowe próżniowe. Należy wspomnieć, że w kolektorach próżniowych dużym problemem jest uszczelnienie miejsca połączenia rury próżniowej z rurką odbierającą ciepło z jej wnętrza. Oba rodzaje kolektorów różni głównie budowa absorbera, czyli elementu zajmującego się pochłanianiem promieni słonecznych, oraz sposób zabezpieczenia przed stratami ciepła do otoczenia. W kolektorach płaski absorberem jest miedziana lub aluminiowa płyta, która jest od góry zabezpieczona szybą o dużej wytrzymałości. W kolektorach próżniowych absorber jest zwykle podzielony na wąskie pasy – po jednym w każdej rurze próżniowej. Żeby efektywnie spożytkować pozyskane ciepło, kolektor nie może zbyt wiele z niego tracić do otoczenia. Specjalna powłoka absorbera (najczęściej na bazie tlenku tytanu) powoduje, że bardzo dobrze pochłania on promieniowanie słoneczne, a rozgrzany wypromieniowuje niewiele ciepła.
W celu minimalizacji strat ciepła obudowa kolektorów płaskich izolowana jest wełną mineralną. Natomiast w kolektorach próżniowych izolatorem jest właśnie próżnia – w przestrzeni bez powietrza nie ma przewodzenia ani konwekcji, pozostaje jedynie strata przez promieniowanie. Ciepło z rozgrzanego absorbera przekazuje się dalej. W kolektorach płaskich od spodu styka się z nim rurka, przez którą przepływa czynnik roboczy (płyn niezamarzający). Z kolei w kolektorach próżniowych w każdej rurze próżniowej jest umieszczona rurka z przepływającym przez nią czynnikiem roboczym albo tzw. ciepłowód (rurka z cieczą o niskiej temperaturze parowania). Poszczególne ciepłowody muszą być na zewnątrz – poza rurami próżniowymi – połączone “szyną zbiorczą”, przez którą przepływa czynnik roboczy.
Z kolei kolektor płaski przy tej samej powierzchni zabudowy, co próżniowy rurowy, ma większą powierzchnię pochłaniającą promieniowanie, za to gorszą izolację termiczną. W efekcie kolektor płaski uzyskuje więcej ciepła latem, gdy nasłonecznienie jest intensywne, a straty ciepła są względnie niewielkie. Za to jesienią i zimą przewagę będzie miał rurowy kolektor próżniowy, bo mniej ciepła straci do otoczenia.
Panele fotowoltaiczne – zasada działania
Panele fotowoltaiczne produkują energię elektryczną. Nie posiadają rurek z wodą, ani żadnym płynem. Ze względu na wysoką cenę, ich wykorzystanie w instalacjach dostarczających przynajmniej kilka kW mocy, np. na potrzeby domu jednorodzinnego, jest wciąż rzadkie. Jednak samo używanie pojedynczych ogniw lub ich baterii nazywanych panelami fotowoltaicznymi (solarnymi, słonecznymi) – nie jest wcale nowością. Stosuje się je np. w kalkulatorach i do zasilania ulicznej sygnalizacji świetlnej.
W celu krótkiego opisu ich działania należy powiedzieć, że ogniwo słoneczne jest elementem półprzewodnikowym, tworzącym złącze typu p-n. Pod wpływem padającego promieniowania słonecznego (fotonów) powstaje siła elektromotoryczna, bo elektrony przemieszczają się do obszaru n, zaś tzw. dziury do obszaru p. Wynikiem tego ruchu ładunków jest powstanie różnicy potencjałów, czyli prądu elektrycznego.
Dlaczego ogniwa grupuje się w panele?
Pojedyncze ogniwo, np zbudowane na bazie krzemu bo takie są najpopularniejsze, daje napięcie zaledwie ok. 0,5 V. Gdy połączymy je szeregowo, uzyskamy odpowiednio wyższą, użyteczną wartość. Z praktycznego punktu widzenia, najważniejsza jest znajomość kilku podstawowych zasad kierujących działaniem instalacji fotowoltaicznych:
- natężenie uzyskiwanego prądu elektrycznego, a więc ilość energii, zależy od intensywności promieniowania słonecznego;
- sprawność przemiany energii słonecznej w elektryczność waha się w szerokich granicach od kilku do ponad 20%, zależnie od budowy ogniw. Jednak ich ceny także są bardzo różne, dlatego najlepiej jest przeliczać cenę na uzyskiwaną moc elektryczną (zł/kW);
- w panelach uzyskujemy prąd stały, a znakomita większość domowych urządzeń zasilana jest prądem przemiennym. Trzeba więc go przetworzyć, co wymaga dodatkowych urządzeń (falownika);
- magazynowanie energii elektrycznej w akumulatorach jest kosztowne i niepraktyczne, dlatego najbardziej pożądanym rozwiązaniem jest możliwość odsprzedaży nadwyżek energii do sieci.
Elektryczność jest znacznie bardziej uniwersalną formą energii, niż ciepło pozyskiwane w kolektorach słonecznych. Można ją wykorzystać do zasilania wszelkich urządzeń elektrycznych, ale także do ogrzewania lub przygotowania ciepłej wody.
Komu kolektory, komu panele fotowoltaiczne? – Podsumowanie
Wybór cieczowych kolektorów słonecznych wydaje się oczywisty, jeśli zależy nam przede wszystkim na ogrzewaniu wody użytkowej. Od wiosny do jesieni kolektory gwarantują pokrycie większości zapotrzebowania. Latem niemal w pełni, w pozostałych porach roku – częściowo. Jednak nawet w chłodniejszym sezonie, gdy kolektory podgrzeją wodę w zasobniku do np. 20°C, nie można powiedzieć, że są bezużyteczne. Kocioł dogrzewając ją następnie do 40-50°C i tak zużyje mniej paliwa. To argument dla tych, którzy chcą przede wszystkim obniżyć koszty przygotowania c.w.u., bo np. korzystają z drogich nośników ciepła.
Jest jeszcze druga grupa, dla której kolektory mogą być bardzo atrakcyjne. To użytkownicy kotłów na paliwa stałe. W ich przypadku, instalacja solarna uwalnia od konieczności rozpalania latem w kotle. Kto tego doświadczył, ten wie jak cenna to zaleta. Ponadto w praktyce, właśnie po to żeby nie palić w kotle, latem często zasobnik ogrzewa grzałka elektryczna.
Kiedy z kolei warto polecić wybór paneli fotowoltaicznych?
Główna zaletą paneli fotowoltaicznych jest ich uniwersalność, gdyż dzięki nim pozyskamy prąd, który możemy użyć w dowolny sposób. Biorąc pod uwagę montaż jest o wiele wygodniejszy. Możemy je instalować zarówno na dachach, jak i kilka metrów od budynku ustawione na ziemi. Gdy użyjemy do tego przewodów o odpowiednio dużym przekroju straty w przesyle energii będą bardzo małe. Jeżeli chodzi o kolektory słoneczne jedynym rozwiązaniem jest dach.
Ciekawostka! 
Jedna ze stacji kolejowych Blackfriars w Londynie jest zasilana częściowo z energii słonecznej. Na jej dachu zainstalowano panele fotowoltaiczne. Zmodernizowana stacja na dachu posiada 4,4tys paneli słonecznych. Ta stacja stała się wizytówką Londynu, jako miasta ekologicznego.
