Jak zbudować własnymi siłami kolektor słoneczny

Transkrypt

1

2

3 Regionalne Centrum Edukacji Ekologicznej w Płocku Jak zbudować własnymi siłami kolektor słoneczny Niniejszy poradnik został wydany dzięki środkom finansowym Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie w ramach projektu: Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej. Płock, 2011 rok -1-

4 Wstęp Przedkładamy Państwu Poradnik Jak zbudować własnymi siłami kolektor słoneczny. Jest, on elementem projektu Człowiek, energia, środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej, realizowanego dzięki wsparciu finansowemu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie. Podczas seminariów i warsztatów uczestnicy projektu poznali problematykę przeciwdziałania zmianom klimatu, rolę energii w rozwoju gospodarczym, społecznym i ekologicznym nie tylko gminy, województwa, kraju ale i własnego gospodarstwa, wsi i miasta. Znane jest wszystkim nam uzależnienie społeczeństwa i rozwoju naszego kraju od energii - zarówno w przemyśle, transporcie, rolnictwie, życiu społecznym jak i w codziennym naszym bytowaniu. Nie wyobrażamy sobie życia bez dostępu do energii. Wiemy także, iż produkcja energii wiąże się ze zużywaniem zasobów naturalnych Ziemi, emisją dużych ilości gazów szklarniowych do powietrza negatywnie oddziałujących na klimat, odpadów, zużywaniem dużych ilości wody. Odpowiedzią na te klimatyczno - energetyczne wyzwania jest zgodnie z polskimi priorytetami naszej Prezydencji w Unii Europejskiej - racjonalne gospodarowanie surowcami energetycznymi, efektywne wykorzystanie energii oraz zrównoważone korzystanie z dostępnych źródeł energii. Jednymi z nich są odnawialne źródła energii (OZE) powszechnie uznawane za przyjazne środowisku. Oceniając stopień oddziaływania na środowisko OZE, dochodzimy do wniosku, że najwięcej atutów ekologicznych mają solarne źródła energii oraz źródła związane z techniką gruntu i wód (nagrzewanych promieniowaniem słonecznym lub energią wnętrza Ziemi). W Poradniku zajmiemy się energetyką słoneczną, która w Polsce dotychczas jest wykorzystana w niewielkim zakresie, choć istnieją niezłe warunki klimatyczne do wykorzystania energii promieniowania słonecznego jako źródła energii. W Poradniku przedstawiamy najważniejsze zagadnienia dotyczące instalacji słonecznych: promieniowania słonecznego, zasad budowy i rodzajów instalacji solarnych, ich dobór, montaż, obsługę, aspekty ekonomiczne (opłacalność zakupu, możliwość wsparcia finansowego planujących montaż instalacji solarnych). Energię słoneczną możemy wykorzystać do wytworzenia: ciepła w kolektorach słonecznych, przekształcających energię promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne wykorzystywane do ogrzewania ciepłej wody oraz/lub do dogrzewania pomieszczeń, wody w basenach, suszenia zboża itp., (konwersja promieniowania słonecznego w energię cieplną); możliwe jest też pośrednie wykorzystanie energii słońca w pompach cieplnych, energii elektrycznej w ogniwach fotowoltaicznych, w których z energii promieniowania słonecznego wytwarzana jest energia elektryczna, wykorzystana np. do oświetlenia, sygnalizacji świetlnej, telekomunikacji w terenach pozbawionych sieci elektrycznej, zasilania niewielkich odbiorników domowych (konwersja promieniowania słonecznego w energię fotowoltaiczną). W Poradniku omawiamy tylko zastosowanie energii promieniowania słonecznego w kolektorach słonecznych. Obserwujemy w Polsce coraz większe zainteresowanie wykorzystaniem energii słonecznej do celów grzewczych. Powierzchnia zainstalowanych kolektorów słonecznych w Polsce wzrasta z każdym rokiem. Wzrosła też produkcja urządzeń do montowania kolektorów słonecznych oraz zainteresowanie społeczeństwa instalacją urządzeń solarnych. Biorąc pod uwagę korzyści ekologiczne i ekonomiczne, dążymy do tego, aby urządzeń solarnych w Polsce montować jeszcze więcej. -2-

5 Poradnik poświęcony jest montażowi własnymi siłami kolektorów słonecznych. Chcemy w nim pokazać, jak można przy minimalizacji nakładów finansowych, zbudować i zainstalować kolektor słoneczny, a następnie prawidłowo tę instalację eksploatować. Poradnik będzie pomocą dla uczestników warsztatów, których chcemy praktycznie nauczyć budowy i instalacji kolektorów słonecznych. Zachęcamy Państwa do zapoznania się z Poradnikiem oraz do uczestnictwa w warsztatach. Planujemy je w IV kwartale 2011 roku i I kwartale 2012 roku. Instalacje solarne budowaliśmy już własnymi siłami w 2004r. Funkcjonują do dziś na wielu budynkach np.: Szkoły Podstawowej w Soczewce, gmina Nowy Duninów; Urzędu Gminy Słupno; Zielonej Szkoły w Goreniu Dużym, gmina Baruchowo; Zielonej Szkoły w Sendeniu, gmina Łąck; Mazowieckiego Ośrodka Geograficznego w Murzynowie, gmina Brudzeń Duży, Suwalskiego Parku Krajobrazowego w Turtulu, pow. suwalski; Niepublicznej Zielona Szkoła w Sendeniu, gmina Łąck, woj. mazowieckie Szkoły Podstawowej w Krzyżówkach, pow. żywiecki. Zachęcamy Państwa do zapoznania się z Poradnikiem i zbudowania instalacji solarnej w Waszych domach. Oszczędzimy środowisko i pieniądze. Serdecznie dziękujemy Panu Piotrowi Zgorzelskiemu - Staroście Płockiemu oraz Panu Zbigniewowi Białeckiemu - Wójtowi Gminy Łąck za pomoc przy realizacji projektu: Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej. Zespół RCEE w Płocku -3-

6 Szkolenia z budowy kolektorów słonecznych wykonanych metodą zrób to sam w ramach projektu realizowanego przez RCEE w Płocku w 2004 roku Szkolenie Międzyrzec (Podlaskie) Trzydniowe szkolenie dla grupy liderów z całego kraju Murzynowo (Mazowsze) -4-

7 Szkolenie w Drobinie (Mazowsze) Szkolenie w Turtulu (Podlaskie)

8 Szkolenie w Kwidzynie (Pomorskie) Szkolenie w Krzyżówkach (Górny Śląsk)

9 Szkolenie w Goreniu (Kujawsko-Pomorskie) Szkolenie w Soczewce (Mazowsze)

10 Informacje podstawowe Słońce jest niewyczerpanym źródłem energii odnawialnej, ponieważ od miliardów lat pracuje, dostarczając energii docierającej do Ziemi. Przez następne miliardy lat będzie się działo to samo. Ciepło ze Słońca wykorzystujemy od zawsze. Ogrzewa ono nasze domy bezpośrednio. Wykorzystywane jest do ogrzewania domów i podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Wykorzystanie energii promieniowania słonecznego w przeciwieństwie do wykorzystania paliw kopalnych, jest procesem samopodtrzymującym się i nie uszczuplającym zasobów energii dla naszych następców. Z punktu widzenia energetyki słonecznej najważniejszymi parametrami określającymi możliwości wykorzystania energii słonecznej (potencjał teoretyczny i praktyczny) są: natężenie promieniowania słonecznego (wartość chwilowa) wyrażone w [W/m 2 ], suma promieniowania słonecznego określająca ilość energii promieniowania słonecznego padającego na jednostkę powierzchni w określonym czasie (godzinie, dniu, miesiącu, roku) i wyrażone w [J/m 2 ] lub [kwh/m 2 ], gęstość strumienia promieniowania (natężenie promieniowania całkowitego) czyli ilość energii promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Odpowiada ona sumie promieniowania w całym zakresie długości fal, która dociera na jednostkę powierzchni. Gęstość strumienia promieniowania mierzymy w [W/m 2 ]. Promieniowanie całkowite (I) ma dwie składowe: bezpośrednie promieniowanie (I b ), stanowiące tę część energii promienistej, która poprzez atmosferę dociera do powierzchni Ziemi bezpośrednio od Słońca pod postacią promieni równoległych - jego natężenie zależy od wysokości Słońca nad horyzontem, promieniowanie rozproszone (I d ), dochodzące nie tylko od tarczy słonecznej, ale od całego nieboskłonu. Promieniowanie całkowite jest sumą promieniowania bezpośredniego i pośredniego. Charakterystyczne dla położenia geograficznego Polski jest ścieranie się różnych frontów atmosferycznych, co w efekcie powoduje częste zachmurzenia. Zachodzące w atmosferze procesy pochłaniania i rozpraszania powodują, że do Ziemi dociera 39-45% promieniowania słonecznego. Roczna gęstość promieniowania słonecznego w Polsce przypadająca na płaszczyznę poziomą waha się od [kwh/ m 2 ], a roczne sumy nasłonecznienia w Polsce wynoszą od 1200 do 1700 godzin. Najbardziej uprzywilejowanym regionem Polski pod względem natężenia promieniowania słonecznego (powyżej 1048 [kwh/m 2 /rok]) jest południowa część województwa lubelskiego. Centralna część Polski obejmująca ok. 50% powierzchni kraju uzyskuje natężenie promieniowania ok [kwh/m 2 /rok], południowa, wschodnia i północna - około 1000 Źródło: Atlas Rzeczypospolitej Polskiej Rys. 1. Rejonizacja Polski pod względem możliwości wykorzystania energii słonecznej [kwh/m 2 /rok] i mniej (rys. 1.). -8-

11 Najmniejszy dopływ energii dotyczy terenów uprzemysłowionych (Śląsk), obszaru granicznego Czech, Niemiec, Polski i północnej części Polski - pas wybrzeża (poza wybrzeżem zachodnim). W okresie letnim otrzymujemy średnio ponad 70% promieniowania, a w lecie - ponad 40% promieniowania słonecznego. Wartości chwilowe bezpośredniego promieniowania słonecznego mogą dochodzić do 1250 [W/m 2 ]. Jako normę można przyjąć dla Polski wartość promieniowania całkowitego w roku 990 [kwh/m 2 ]. Dane dla regionu Mazowsza wg opracowania Mazowieckiej Agencji Energetycznej Sp. z o.o. w Warszawie są następujące: Dane Rok I - XII Letni okres IV - IX Zimowy okres X - III Lato VI - VIII Godziny słoneczne [godz.] Natężenie promieniowania [kwh/m 2 ] Średnie dzienne napromieniowanie [kwh/m 2 ] Optymalny kąt padania na powierzchnię kolektora słonecznego [β 0 ] 2,6 4,1 1,1 4, <30 Analizując dane średnich miesięcznych, sezonowych i rocznych sum całkowitego promieniowania w latach i z kilku stacji meteorologicznych, w tym w Warszawie, stwierdza się, że w ostatnich czasach nastąpił realny przyrost sum całkowitego promieniowania słonecznego (największy w Warszawie). Jeśli chodzi o strukturę promieniowania słonecznego w Polsce, charakteryzuje się ona bardzo dużym udziałem promieniowania rozproszonego (w skali roku około 50%, w okresie zimowym około 70%). Biorąc to pod uwagę wnioskuje się, że w Polsce główne opcje wykorzystania energii promieniowania słonecznego, to konwersja termiczna jako niskotemperaturowe źródło ciepła dla systemów grzewczych (podgrzewanie wody w domach, basenach, suszarnictwo rolne). Musi być ono jednak połączone z wykorzystaniem innych, konwencjonalnych źródeł energii jako uzupełniających. W sezonie maj - sierpień instalacje solarne wspomagające ogrzewanie mogą pokryć do 40% zapotrzebowania na energię. Poza sezonem letnim - efekty są mniejsze. Jeśli chodzi o wykorzystanie energii słonecznej do podgrzewania wody użytkowej w budynkach, korzyści można osiągnąć w ciepłym okresie roku (wystarczają proste urządzenia z bezpośrednim obiegiem czynnika grzewczego). Również dobre efekty daje zastosowanie kolektorów słonecznych do suszenia zboża, bo okresy zbioru produktów rolnych pokrywają się z okresami największego nasłonecznienia. Dla oszczędnego gospodarowania zasobami paliw, które natura nagromadziła w trakcie milionów lat, branża techniki grzewczej z wykorzystaniem energii Słońca poszła konsekwentnie nowymi drogami, które umożliwiły odpowiedzialne obchodzenie się z zasobami nieodnawialnymi. Wysokosprawne technicznie kolektory i dostosowany do nich cały system sprawiają, że ekonomiczne wykorzystywanie energii słonecznej nie jest już dzisiaj żadną wizją przyszłościową, lecz stosowaną na co dzień rzeczywistością. Jeśli uwzględni się nieuniknione podwyżki cen paliw, to inwestycja w instalację kolektorów słonecznych będzie z pewnością udaną inwestycją w przyszłość. Jak podawaliśmy wcześniej, w przekroju rocznym napromieniowanie w Polsce odpowiada mniej więcej 1000 kwh/m 2 (rys. 1.), co jest jednoznaczne z energią zawartą w około 100 litrach oleju -9-

12 opałowego lub 100 m 3 gazu ziemnego. Energia użyteczna, uzyskiwana przez kolektory słoneczne, zależy od wielu czynników. Najistotniejszy wpływ ma prawidłowe oszacowanie zapotrzebowania na ciepło, jakie mają pokryć kolektory ma odpowiadająca im wielkość instalacji, oraz ilość będącej ogólnie do dyspozycji energii promieniowania słonecznego. Ponadto istotną rolę odgrywa typ kolektora oraz jego pochylenie i orientacja. Dla ekonomicznej pracy całego układu konieczne jest także staranne zwymiarowanie wszystkich komponentów instalacji. Prawidłowo zaprojektowane instalacje kolektorów słonecznych z wzajemnie dopasowanymi komponentami systemowymi mogą pokryć 50 do 60% całorocznego zapotrzebowania na ciepło dla podgrzewania ciepłej wody użytkowej w domach jedno - lub dwurodzinnych. W lecie można często zrezygnować całkowicie ze źródła ciepła konwencjonalnego. W pozostałych miesiącach roku podgrzewanie ciepłej wody użytkowej uzupełniane jest drugim, niezależnym źródłem ciepła np. olejowym lub gazowym kotłem niskotemperaturowym, lub jeszcze lepiej - kondensacyjnym. Kolektory słoneczne są stosowane nie tylko do podgrzewania c.w.u. ale również do wspomagania ogrzewania pomieszczeń. Promieniowanie słoneczne jest strumieniem energii, emitowanym przez Słońce równomiernie we wszystkich kierunkach. Do zewnętrznych warstw atmosfery Ziemi dociera stale promieniowanie o mocy 1,36 kw/m 2. Wartość tę określa się mianem stałej słonecznej. Przy przechodzeniu przez atmosferę ziemską promieniowanie słoneczne ulega osłabieniu wskutek odbicia, rozproszenia i absorpcji przez cząsteczki pyłów i gazów (rys. 2.). Rys. 2. Wykorzystanie promieniowania słonecznego w kolektorze -10-

13 Część promieniowania po pokonaniu tych przeszkód dociera do powierzchni Ziemi jak podaliśmy wyżej: jest to tzw. promieniowanie bezpośrednie. Część promieniowania słonecznego, odbitego lub zaabsorbowanego i znowu wypromieniowanego przez cząsteczki pyłów i gazów, dociera do powierzchni Ziemi jako tzw. promieniowanie rozproszone. Sumę promieniowania bezpośredniego i rozproszonego nazywa się promieniowaniem całkowitym. W optymalnych warunkach (bezchmurne niebo, przejrzyste powietrze, pora południowa) wynosi ono maksymalnie około 1000 W/m 2. Rys. 3. przedstawia dzienne wartości promieniowania całkowitego, bezpośredniego i rozproszonego w ciągu roku. Kolektory słoneczne, zależnie od ich typu oraz zwymiarowania instalacji, mogą wykorzystać nawet 75% promieniowania całkowitego. Rys. 3. Dzienne wartości napromieniowania w przedziale całego roku Wpływ orientacji i nachylenia kolektora na uzysk energii Instalacja kolektorów słonecznych w Polsce zorientowana w kierunku południowym, z nachyleniem do poziomu, zapewnia w przekroju rocznym najwyższe uzyski energii. Ale nawet przy wyraźnych odstępstwach od takiego ustawienia (południowy wschód do południowego zachodu, nachylenie ) zmniejszenie napromienienia jest nieznaczne dla możliwości zastosowania kolektorów słonecznych. Wpływ orientacji i nachylenia na napromieniowania przedstawia rys. 4. Rys. 4. Wpływ orientacji i nachylenia na napromieniowania -11-

14 Bardziej płaskie położenie jest korzystne, jeśli powierzchni kolektora nie można zorientować na południe. Instalacja kolektorów słonecznych z nachyleniem kolektorów 30 nawet przy orientacji 45 na wschód lub zachód od południa, zapewnia jeszcze uzysk energii równy prawie 95% uzysku optymalnego. Nawet przy orientacji wschodniej lub zachodniej uzysk sięga do 85%, jeśli nachylenie kolektora mieści się w granicach Korzyścią, z racji bardziej stromego ustawienia powierzchni kolektora, jest bardziej równomierne zaopatrzenie w energię w skali roku. Należy unikać kątów nachylenia mniejszych od 20, gdyż wtedy nasila się zanieczyszczenie pokrycia kolektora. Kąt nachylenia α Kąt nachylenia α jest kątem między poziomem a powierzchnią kolektora słonecznego (rys. 5.). Przy montażu kolektora na dachu spadzistym kąt nachylenia narzucony jest przez nachylenie połaci dachu. Ale kolektory nie muszą być montowane tylko na dachu. Mogą być też montowane na ścianie budynku, na ziemi. Największą ilość energii absorber może wchłonąć wtedy, gdy płaszczyzna kolektora jest prostopadła do kierunku promieniowania słonecznego. Azymut Rys. 6. pokazuje azymut określający odchylenie płaszczyzny kolektora od kierunku południowego. Przy płaszczyźnie kolektora zorientowanej na południe, azymut = 0. Ponieważ napromieniowanie jest najintensywniejsze w porze południowej, kolektor winien być zorientowany możliwie na południe. Dobre wyniki uzyskuje się także przy odchyleniu azymutu do 45 na wschód lub zachód. Konieczność większych odchyleń można skompensować niewielkim zwiększeniem powierzchni kolektorów. Rys. 5. Zorientowanie kolektorów z kątem nachylenia α Rys. 6. Azymut określający odchylenie płaszczyzny kolektora od kierunku południowego Optymalizacja całości systemu Sam wysokowartościowy kolektor słoneczny nie zagwarantuje jeszcze optymalnej eksploatacji całej instalacji. Istotne jest kompleksowe rozwiązanie systemowe (rys. 7.). Do prawidłowej pracy systemu potrzebne są następujące komponenty: dostosowany do instalacji elektroniczny regulator, pojemnościowy podgrzewacz c.w.u. z nisko umieszczoną wężownicą grzewczą, kompletny zestaw pompowy, wyposażony dodatkowo we wskaźnik oraz regulator natężenia przepływu czynnika grzewczego. Prawidłowo zaprojektowane instalacje kolektorów słonecznych z wzajemnie zharmonizowanymi komponentami systemowymi (rys. 8.) powinny pokryć 50-60% całorocznego zapotrzebowania energii na podgrzewanie ciepłej wody użytkowej w domu jedno - lub dwurodzinnym. -12-

15 Dlatego należy przeanalizować istniejącą instalację grzewczą i projektowany system ogrzewania kolektorami. Rys. 7. Instalacja kolektorów słonecznych z wzajemnie zharmonizowanymi komponentami Rys. 8. Elementy instalacji kolektorów słonecznych -13-

16 Przed podjęciem decyzji o zamontowaniu instalacji solarnej należy rozważyć istniejące warunki architektoniczno - budowlane w miejscu realizacji przedsięwzięcia. Jeśli planujemy instalację kolektorów na dachu, należy rozważyć, czy: jest wystarczająca ilość miejsca na dachu dla planowanej powierzchni kolektorów, powierzchnia dachu, gdzie mają być zamontowane kolektory, nie jest zacieniona (drzewa, budynki), można poruszać się po dachu, dach ma odpowiednią wytrzymałą konstrukcję, aby można było na nim przebywać po zamontowaniu kolektorów (np. w celu ich oczyszczenia, konserwacji). Podobnej analizy należy dokonać, jeśli kolektory słoneczne planujemy montować na ścianie budynku, na ziemi - na stojaku. Jeśli budujemy instalację kolektorów słonecznych do istniejącej już instalacji grzewczej z kotła zasilanego paliwem konwencjonalnym, musimy uwzględnić odległości od kolektora do istniejącego zbiornika ciepłej wody użytkowej, jego pojemność, odpowiednie podłączenie itp. Wymiarowanie instalacji kolektorów słonecznych Sprawność kolektora Część docierającego do kolektorów promieniowania słonecznego zostaje stracona wskutek odbicia od szyby i absorpcji w szkle (rys. 2). Straty te, jak i straty w procesie przekazywania ciepła czynnikowi grzewczemu, uwzględnia sprawność optyczna η. Sprawność optyczna odpowiada maksimum charakterystyki, przy zerowej różnicy temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem i przy braku strat ciepła, oddawanego przez kolektor otoczeniu. Kolektory przy nagrzewaniu się oddają ciepło otoczeniu przez przenikanie cieplne, promieniowanie i konwekcję (ruch powietrza). Straty te zależne są od różnicy temperatur pomiędzy absorberem a otoczeniem oraz od konstrukcji kolektora. Współczynniki strat ciepła i sprawność optyczna wyznaczają charakterystykę sprawności kolektora. Powierzchnia kolektora W danych technicznych kolektorów podaje się trzy wielkości dotyczące powierzchni kolektora (rys. 9.): powierzchnię brutto, powierzchnią apertury i absorbera. Rys. 9. Parametry wielkości powierzchni kolektorów Powierzchnia brutto (długość x szerokość zewnętrzna) jest miarodajna przy składaniu wniosków o dofinansowanie w ramach różnych programów pomocowych. -14-

17 Powierzchnia apertury (czynna) podaje powierzchnię kolektora, na którą może aktywnie działać promieniowanie i jest miarodajna dla projektowania instalacji. Powierzchnia absorbera określa pokrytą selektywnie powierzchnię, która jest wystawiona na promieniowanie, zależnie od położenia montażowego i konstrukcji kolektora. Jest ona mało przydatna dla porównań kolektorów słonecznych. Stopień pokrycia potrzeb energii Stopień pokrycia potrzeb energii wskazuje, ile procent rocznego jej zapotrzebowania można pokryć z instalacji kolektorów słonecznych. Im większy jest stopień pokrycia potrzeb, tym więcej oszczędza się energii konwencjonalnej, mniej emituje gazów szklarniowych. Związane są z tym jednak nadwyżki ciepła w lecie i ogólnie niższa przeciętna sprawność kolektora. Wpływ różnych parametrów na stopień pokrycia potrzeb energii Diagramy na rys. 10. podają oczekiwane stopnie pokrycia potrzeb przy odchyłkach od warunków instalacji referencyjnej. Rys. 10. Wpływ różnych parametrów na stopień pokrycia potrzeb Instalacja referencyjna: dane meteorologiczne dla napromieniowania 1100 kwh/m 2 rok, 4 - osobowe gospodarstwo domowe, zużywające 200 litrów c.w.u o temperaturze 45 C dziennie, 2 kolektory Vitosol 100, typu s/w 2,5, nachylenie dachu 45, orientacja na południe, podgrzewacz c.w.u. o pojemności 300 litrów. -15-

18 Korzyści z montażu instalacji solarnej Zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową (c.w.u.) Rys. 11. Zapotrzebowanie c.w.u. wg VDI 2067 Rys. 12. Stopień pokrycia potrzeb dla podgrzewania c.w.u. w domu jednorodzinnym w ciągu roku -16-

19 Rys. 13. Emisje substancji szkodliwych Budowa i działanie kolektorów słonecznych Wiadomości ogólne Kolektory słoneczne dzielimy na: płaskie, rurowe, próżniowe, skupiające. Ogólna zasada działania poszczególnych typów kolektorów jest taka sama i jak to podano wcześniej, polega na maksymalnym odzysku energii słonecznej padającej na absorber i przetworzeniu jej w energię cieplną przy pomocy pośredniczącego w tej transformacji medium roboczego. Różnica polega generalnie na konstrukcji samych kolektorów. Pierwsze dwie konstrukcje służą do wytwarzania czynnika grzewczego o niskich parametrach - do 100 C. Ich sprawność gwałtownie spada wraz ze wzrostem temperatury czynnika grzewczego. Kolektory skupiające służą do wytwarzania czynnika grzewczego o temperaturze powyżej 100 C (nawet do 3000 C). W Poradniku omówimy kolektory płaskie i próżniowe. Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi kolektorów płaskich są: przezroczysta pokrywa - najlepiej wykonana ze szkła o niskiej zawartości tlenków żelaza. Jest to pokrycie przepuszczające energię słoneczną, absorbent - główny element kolektora z ciemną powierzchnią pochłaniającą energię. Powinien być wykonany z metalu dobrze prowadzącego ciepło (miedź, aluminium). Metal jest pokryty substancjami tworzącymi jego powłokę. W zależności od rodzaju kolektora, może być to powłoka: nieselektywna (bardzo dobrze absorbująca ciepło, a jednocześnie ograniczająca emisję). -17-

20 Do płyty absorbera przylutowane są rurki, przez które przepływa ciecz robocza. Jako ciecze robocze stosuje się specjalne ciecze (glikol, ergolit), gdyż ograniczają one odkładanie się minerałów na kolektorze, eliminują zagotowanie i zamarznięcie cieczy, rurociąg cieczowy - mocowany do absorbera (czasem stanowiący z nim jedną całość), izolacja i obudowa (aby kolektor nie oddał ciepła otoczeniu). Jako izolatory stosuje się najczęściej wełnę mineralną lub polimetan. Całość mieści się w obudowie kolektora, która powinna być szczelna. Rurowe kolektory próżniowe składają się z kilku do kilkunastu rur szklanych o wysokiej próżni wewnątrz. W każdą rurę próżniową wbudowany jest absorber z zamocowaną rurką, w której nagrzewa się czynnik roboczy. Próżnia gwarantuje minimalne straty ciepła do otoczenia. Zasada transformacji energii słonecznej w użyteczną formę energii cieplnej jest jednakowa bez względu na rodzaj i typ kolektora. Opiera się na wykorzystaniu własności cieplnych czarnych powłok. Szkło i inne przeźroczyste pokrywy w wysokim stopniu przepuszczają padające na nie promieniowanie słoneczne. Umieszczony pod pokrywą absorber pochłania przepuszczone promieniowanie, nagrzewając się. O intensywności absorpcji i nagrzewania decyduje struktura powierzchni. Energia cieplna, w których czynnik roboczy podgrzewa się do temperatury zależnej od intensywności napromieniowania słonecznego oraz od natężenia przepływu czynnika. Poniżej przedstawiamy szczegółowsze informacje dotyczące poszczególnych typów kolektorów słonecznych. Kolektory płaskie Kolektory płaskie są preferowane w zastosowaniach do podgrzewania c.w.u. lub wody basenowej. Rys. 14. Kolektor płaski Vitosol 100 Kolektory płaskie Vitosol 100 (rys. 14.) składają się z absorbera z pokryciem Sol-Titan, zapewniającym wysoką sprawność tych kolektorów. Przez połączoną z absorberem, biegnącą meandrowo rurkę miedzianą przepływa czynnik grzewczy, który poprzez rurkę miedzianą odbiera -18-

21 ciepło z absorbera. Absorber jest otoczony skutecznie izolowaną obudową, minimalizującą straty cieplne kolektora. Kolektory przykryte są szybą ze szkła solarnego, które dzięki nieznacznej zawartości tlenków żelaza wyróżnia się zmniejszonymi stratami odbicia. Szyba ma grubość około 4 mm. Jest szczególnie odporna na wpływy atmosferyczne. Szyba ze szkła solarnego i rama kolektora połączone są ze sobą trwale obszerną jednolitą uszczelką - do dolnej części kolektora. W ten sposób do wnętrza nie może się przedostać woda z deszczu lub topniejącego śniegu. Indywidualnie dobierana kolorystyka i atrakcyjna forma wzornicza stwarzają zupełnie nowe możliwości kolorystycznego zharmonizowania pokrycia dachu, ściany budynku i kolektora. Zwłaszcza nowe maskownice zapewniają płynne przejście między powierzchnią kolektora a dachem, ścianą budynku. Maskownica jest dostępna jako osprzęt do wbudowania kolektorów w pokrycie dachu i montażu na pokryciu dachu. Standardowo ramy kolektorów i maskownice dostarczane są w kolorze brązowym. Budowa oraz funkcje części składowych systemu kolektorów płytowych Logasol SKN 2.0 Wanny kolektorów wytwarzane są z tworzywa sztucznego. Ramy wykonane z tworzywa sztucznego zbrojonego włóknem szklanym stabilizują konstrukcję obudowy kolektorów. Kolektory pokryte są płytą z hartowanego szkła bezpiecznego o grubości 3 mm. Przeźroczyste szkło lane ma własności przeciwodblaskowe, charakteryzuje się wysoką przewodnością promieniowania świetlnego (92% emisji światła) i ma bardzo dobre własności wytrzymałościowe. Bardzo dobrą izolacyjność cieplna oraz wysoką efektywność zapewnia warstwa wełny mineralnej o grubości 65 mm. Kolektory są szczelne i odporne na zmiany temperatury. Powierzchnia absorbera złożona jest z pojedynczych pasm (wstęg) blachy miedzianej pokrytych warstwą czerni chromowej. Bardzo dobre przewodzenie ciepła zapewnione zostaje dzięki zastosowanym elementom łączącym w kształcie litery W, mocującym rury miedziane przez które przepływa czynnik grzewczy, z występami na powierzchni absorbera. Kolektor słoneczny Logasol SKN 2.0 przystosowany jest do współpracy wyłącznie z instalacjami solarnymi, pracującymi na zasadzie stałego napełnienia płynem solarnym. Płyn solarny Solarfluid L (na bazie glikolu) gwarantuje prawidłową pracę instalacji w zakresie temperatur od -37 C do +140 C. Instalacja chroniona jest przed zamarznięciem oraz skutkami powstania w niej pary. Płyn solarny Solarfluid L jest ponadto nieszkodliwy dla środków spożywczych oraz podlega reakcjom rozkładu biologicznego. Rys. 15. Przekrój kolektora płaskiego -19-

22 Rys. 16. Przekrój kolektora słonecznego Kolektory próżniowe - rurowe Zmniejszenie strat energii uzyskuje się poprzez zastosowanie próżni. Element zasadniczy najlepszego izolatora cieplnego. Składa się z dwóch koncentrycznych, zgrzanych ze sobą rur szklanych - wewnątrz próżniowych cylindrów jest absorber. Padające na rury światło słoneczne zostaje na wewnętrznej rurze absorbowane i zamieniane w ciepło. Ponieważ przestrzeń pomiędzy rurami stanowi próżnia, to nawet przy najzimniejszych temperaturach zewnętrznych uzyskane ciepło nie jest tracone, lecz prawie całkowicie zebrane (zasada termosu). Aby podnieść efektywność rur, z tyłu każdej rury znajduje się wysokorefleksyjne, odporne na warunki zewnętrzne zwierciadło paraboliczne CPC (Compound Parabolic Concentrator). Zwierciadło uformowane jest tak, że promienie słoneczne - przychodzące z obojętnie jakiego kierunku - kierowane są na absorber. Zalety kolektorów próżniowych: bardzo duży uzysk energii przy małej powierzchni kolektora, optymalne ustawienie rury do słońca poprzez okrągłą powierzchnię absorbera, próżnia jako najlepszy izolator gwarantuje maksymalne wykorzystanie energii słońca nawet przy jego słabym promieniowaniu w okresie zimowym. Powierzchnia instalacji słonecznej w przypadku kolektorów próżniowych jest o 1/3 mniejsza niż w przypadku kolektorów płaskich. Rys. 17. Zasada działania kolektora próżniowego -20-

23 Kolektory próżniowe Vaciosol CPC Kolektory próżniowe Vaciosol składają się z 3 elementów: zestawu rur próżniowych, zestawu luster CPC, obudowy oraz elementów przewodzących ciepło. Pojedyncza rura próżniowa składa się z dwóch koncentrycznych rur szklanych, między którymi panuje próżnia (rys. 18.). Dzięki temu absorber jest dobrze odizolowany od atmosfery, co zmniejsza straty energii do otoczenia, a tym samym zwiększa sprawność i wydajność kolektora. Rys. 18. Budowa pojedynczej rury kolektora próżniowego Vaciosol Wewnętrzna rura pokryta jest od zewnątrz wysokoselektywną warstwą absorpcyjną chronioną przed wpływem warunków zewnętrznych przez rurę zewnętrzną i próżnię. Absorber to warstwa azotynu aluminiowego napylonego na zewnętrzną powierzchnię rury wewnętrznej kolektora. Padające na absorber promieniowanie słoneczne zamieniane jest w energię cieplną. Ciepło od absorbera odbierane jest przez element blaszany, który styka się z rurą miedzianą w kształcie litery U, przez którą przepływa czynnik solarny. Dzięki temu ciepło jest przekazywane od absorbera do miedzianej U-rurki, następnie do czynnika solarnego, a na końcu do instalacji ciepłej wody użytkowej. Pod rurą próżniową znajduje się zestaw luster CPC, które, dzięki specjalnej budowie, ogniskują padające promieniowanie słoneczne na absorber. Lustra CPC zwiększają dodatkowo sprawność i wydajność kolektora dzięki ogniskowaniu także promieniowania padającego pod kątem jak i promieniowania rozproszonego. Rury próżniowe zamontowane są we wspólnej obudowie w zestawach po 6 i 12 rur. Każda rura próżniowa zawiera 2 króćce miedziane (zakończenia U-rurki). Jednym króćcem wpływa płyn solarny, który po odebraniu ciepła od elementu blaszanego wypływa drugim króćcem. Rury próżniowe połączone są przy pomocy rur zbiorczych znajdujących się w obudowie. -21-

24 Vitosol 300 Próżniowy kolektor rurowy heat pipe (z tzw. rurą ciepła) Próżniowe kolektory rurowe stosowane są do podgrzewania c.w.u. i wodybasenowej, a także do wspomagania ogrzewania pomieszczeń. Kolektor Vitosol 300 (rys. 14.) jest tzw. kolektorem heat pipe. W rurze próżniowej umieszczony jest absorber z pokryciem Sol-Titan, na którym znajduje się rura cieplna (heat pipe). W rurze tej cyrkuluje ciecz robocza, parująca przy nagrzaniu i skraplająca się znowu w głowicy rury, skraplaczu, po oddaniu ciepła właściwemu czynnikowi roboczemu poprzez wymiennik ciepła. Wymiana ciepła między skraplaczem a właściwym czynnikiem roboczym odbywa się na sucho, tzn. bez bezpośredniego kontaktu cieczy roboczych. Dla umożliwienia optymalnego wykorzystania energii słonecznej każda z rur kolektora ułożyskowana jest obrotowo, co pozwala najkorzystniej ustawić absorbery względem słońca. Również przez obrót rur (maks. 25 ) można częściowo skompensować odchylenie od orientacji południowej. Próżniowe kolektory rurowe Vitosol 300 nadają się zarówno do montażu na dachach spadzistych, jak i montażu na stelażach na dachach płaskich. Kąt nachylenia kolektorów musi wynosić przynajmniej 25, by zapewnić cyrkulację cieczy roboczej w rurze cieplnej. Rys. 19. Vitosol 300 Wybór kolektora słonecznego Wybierając odpowiedni rodzaj kolektora, należy zastanowić się nad zastosowaniem instalacji słonecznej - czy będziemy używać jej tylko do przygotowania ciepłej wody użytkowej; w jakim stopniu instalacja ma pokryć zapotrzebowanie na ogrzanie c.w.u., czy ma też wspomagać ciepło do ogrzewania domu, basenu, itp. Poza tym należy zwrócić uwagę na sprawność systemu. Ważne jest, aby kolektor miał wysoki współczynnik absorpcji promieniowania słonecznego (najlepiej, jeśli sięga on wartości 0,95). Drugim współczynnikiem mającym wpływ na sprawność kolektora jest współczynnik emisji, który powinien być jak najmniejszy. Ilość uzyskanej energii cieplnej zależy od budowy kolektora. Duże znaczenie ma też różnica temperatur pomiędzy kolektorem a otoczeniem (im jest ona większa, tym większe są straty termiczne). -22-

25 Poniżej podajemy porównanie zastosowania instalacji z dwoma rodzajami kolektorów słonecznych: Zastosowanie Kolektor płaski próżniowy podgrzewanie c.w.u. + + wspomaganie c.o. + podgrzewanie wody w basenie często stosowane Instalacje słoneczne z kolektorami próżniowymi mimo, że mają szersze zastosowanie, to ich zakup jest bardziej kosztowny. Szybszy zwrot nakładów uzyskamy w przypadku zakupu kolektorów słonecznych płaskich. Elementy składowe instalacji solarnej Kolektory słoneczne funkcjonują w ramach instalacji solarnej, która stanowi zespół urządzeń dobranych do siebie. Są to: kolektory słoneczne, panel sterująco - zabezpieczający, pojemnościowy zasobnik wody użytkowej lub przepływowe wymienniki ciepła. W instalacjach z obiegiem wymuszonym obieg czynnika uruchamia zazwyczaj jednofazowa pompa. Instalacja z obiegiem grawitacyjnym nie wymaga pompy (zmiana gęstości czynnika roboczego oraz odpowiednio zbudowana instalacja zapewnia samoistne krążenie cieczy - konwekcja naturalna). Warunkiem sprawnego funkcjonowania instalacji grawitacyjnej jest odpowiednia konfiguracja. Zbiornik powinien być ustawiony pionowo i umieszczony cm powyżej górnej krawędzi kolektorów. W celu minimalizacji oporów hydraulicznych kolektory należy łączyć równolegle, ograniczać długość rurociągów, unikać przewężeń ich przekroju i stosować tylko niezbędne załamania. Na obszarach pozbawionych dostępu do sieci elektroenergetycznej, w przypadku instalacji z pompą obiegową, możliwe jest zasilanie pompy energią pozyskiwaną z ogniw fotowoltaicznych. Układ taki charakteryzuje się pewną samosterowalnością - wydajność pompy jest proporcjonalna do intensywności promieniowania słonecznego ogniwa fotowoltaicznego. Oto niektóre elementy składowe instalacji solarnej: Wysokowydajny pojemnościowy podgrzewacz do podgrzewania wody w trybie biwalentnym, w którym ciepło z kolektorów słonecznych przekazywane jest wodzie przez dolną wężownicę, a przez drugą, górną wężownicę można, w razie potrzeby, dogrzać wodę poprzez pracę kotła grzewczego. Zbiornik podgrzewacza chroniony jest przed korozją przez pokrycie emalią Ceraprotect - i dodatkową ochronę anodą magnezową lub anodą aktywną. Rys. 20. Biwalentny pojemnościowy podgrzewacz c.w.u. -23-

26 Wszystkie niezbędne elementy zabezpieczające i funkcjonalne, jak: termometry, kurki kulowe z klapami zwrotnymi, pompa obiegowa, miernik i regulator przepływu, manometry, zawór bezpieczeństwa i izolacja cieplna skupione zostały w jednej zwartej jednostce (stacja pompowa). Rys. 21. Stacja pompowa Rys. 22. Regulatory solarne Regulator solarny umożliwia szczególnie efektywne wykorzystanie energii słonecznej. Regulator troszczy się o to, by pozyskane przez kolektor ciepło wykorzystać najbardziej efektywnie do podgrzewania c.w.u. lub wspomagania ogrzewania. Komunikuje się z regulatorem kotła grzewczego i przy wystarczającej ilości ciepła z kolektorów słonecznych wyłącza kocioł, obniżając w ten sposób koszty ogrzewania. Instalacje do podgrzewania ciepłej wody użytkowej Najpopularniejsze są instalacje do podgrzewania ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Często stosowane są instalacje z pojedynczym zbiornikiem. Rys. 23. Instalacja z biwalentnym pojemnościowym podgrzewaczem c.w.u. -24-

27 Mogą być one stosowane głównie w mniejszych systemach (do około 50 osób). C.w.u. jest podgrzewane przynajmniej raz dziennie do temperatury 60 C, aby zapobiec rozwojowi bakterii. Instalacja składa się z: instalacji kolektorów słonecznych, olejowo - gazowego kotła grzewczego, biwalentnego pojemnościowego podgrzewacza c.w.u. Podgrzewanie ciepłej wody użytkowej energią promieniowania słonecznego Jeśli pomiędzy czujnikiem temperatury kolektora a czujnikiem temperatury podgrzewacza c.w.u. zmierzona zostanie różnica temperatur większa od wartości zaprogramowanej w regulatorze solarnym, to zostaje włączona pompa obiegowa i rozpoczyna się nagrzewanie wody w podgrzewaczu. Temperaturę wody w podgrzewaczu można przy tym ograniczyć przez elektroniczny układ regulacji temperatury. Podgrzewanie c.w.u. przez kocioł grzewczy Górna część pojemnościowego podgrzewacza c.w.u. ogrzewana jest przez kocioł grzewczy. Pompa obiegowa do ogrzewania wody podgrzewacza c.w.u. sterowana jest przez regulator temperatury podgrzewacza c.w.u. z przyłączonym czujnikiem temperatury podgrzewacza. W przypadku większego zapotrzebowania na wodę celowym jest zastosowanie większej liczby zbiorników magazynujących wodę połączonych równolegle (rys. 24.) Rys. 24. Instalacja z dwoma pojemnościowymi podgrzewaczami c.w.u. -25-

28 Instalacja składa się z: instalacji kolektorów słonecznych, olejowo - gazowego kotła grzewczego, dwóch pojemnościowych podgrzewaczy c.w.u. System instalacji kolektorów słonecznych współpracujący z instalacją grzewczą Instalacja słoneczna dwufunkcyjna wspomaga ogrzewanie ciepłej wody użytkowej oraz ogrzewanie budynku (rys. 25.). W Polsce ogrzewanie pomieszczeń ciepłem słonecznym jest rzadko stosowane. Wspomaganie ogrzewania pomieszczeń może być pomocne, tylko w okresach wczesnowiosennym i wczesnojesiennym, w lecie na ogół domu nie ogrzewamy, kiedy duże ilości promieniowania słonecznego mogą dotrzeć do powierzchni kolektorów słonecznych i ogrzać c.w.u. oraz wspomóc centralne ogrzewanie. Rys. 25. Instalacja do podgrzewania c.w.u. i wspomagania ogrzewania Instalacja, składa się z: instalacji kolektorów słonecznych, olejowo - gazowego kotła grzewczego, multiwalentnego zasobnika. -26-

29 Nagrzewanie zasobnika multiwalentnego przez instalację kolektorów słonecznych Jeśli pomiędzy czujnikiem temperatury kolektora a dolnym czujnikiem temperatury zasobnika zmierzona zostanie różnica temperatur większa od wartości zaprogramowanej w regulatorze, to zostaje włączona pompa obiegowa, powodując nagrzewanie zasobnika multiwalentnego. Temperaturę wody w zasobniku można przy tym ograniczyć przez elektroniczny układ regulacji temperatury. Usytuowanie solarnej wężownicy grzewczej w zasobniku zapewnia wykorzystanie ciepła powstającego nawet przy nieznacznym nasłonecznieniu. Nagrzewanie zasobnika multiwalentnego przez kocioł grzewczy Zasobnik multiwalentny nagrzewany jest przez kocioł grzewczy, jeśli temperatura na górnym czujniku temperatury zasobnika spadnie poniżej wartości zadanej temperatury wody grzewczej. Przepływowe podgrzewanie c.w.u. Przy rozpoczęciu poboru c.w.u. do dyspozycji jest natychmiast woda ciepła, podgrzana w wężownicy użebrowanej ze stali szlachetnej. Dopływająca woda zimna jest podgrzewana przepływowo przez wodę grzewczą, otaczającą wężownicę. Przy dużym zużyciu c.w.u. woda grzewcza w zasobniku ulega schłodzeniu i czujnik temperatury powoduje załączenie kotła grzewczego, aby zapewnić stałe, komfortowe zaopatrzenie w ciepłą wodę. Energetyka słoneczna w nowym świetle: kolektory jako element aranżacji architektonicznej Technika jako część składowa architektury Kolektory słoneczne otwierają nową epokę w wykorzystaniu energii promieniowania słonecznego. Atrakcyjny wygląd zewnętrzny kolektorów płaskich i rurowych - zarówno zamontowanych na dachu, na elewacji - ściany budynku, czy wbudowanych w pokrycie dachu - stwarza nowe możliwości estetyczne kształtowania form budynków. W połączeniu ze swoją wysoką funkcjonalnością, systemy te oferują nowoczesnej architekturze bardzo interesujące możliwości. Kolektory rurowe otwierają w budownictwie dużą przestrzeń dla nowych koncepcji. Kolektory te nie są po prostu dopasowywane do budynku, lecz stosowane jako strukturalny element budynku. Obok możliwości innowacyjnego kształtowania bryły budynku, wysokowydajne kolektory rurowe przekonują również interesującymi efektami wizualnymi. Zabarwione szkło rur próżniowych nadaje każdemu budynkowi wyróżniający się od innych wygląd. Dobór i obliczenie instalacji słonecznych Dobór instalacji kolektorów słonecznych może bazować na wykorzystaniu: nomogramów, wytycznych, obliczeń, programów obliczeniowo - symulacyjnych. -27-

30 Nomogramy Służą do szybkiego i przybliżonego doboru parametrów instalacji z kolektorem słonecznym. Stosowane są na etapie przedinwestycyjnym. Bazują na dokumentacji technicznej producentów. Zaletą tej metody jest szybkie określenie wielkości instalacji, a wadą - niedokładność, spowodowana brakiem szczegółowych wytycznych, na podstawie jakich został opracowany nomogram (najczęściej są to doświadczenia użytkowe). Wytyczne Doświadczenia związane z projektowaniem i użytkowaniem kolektorów pozwoliły opracować wytyczne pozwalające na dobór elementów mniejszych instalacji. Wytyczne te oraz doświadczenie projektanta (instalatora) pozwalają na dobór parametrów instalacji. Zgodnie z nimi: powierzchnię czynną kolektora przyjmuje się uzależnioną od ilości korzystających osób, wielkości pokrycia potrzeb oraz sposobu korzystania z energii, średnia powierzchnia kolektora w instalacji c.w.u. oscyluje wokół 1 m 2 /użytkownika, przy czym dla mniejszych instalacji powierzchnia powinna być większa, więcej odbiorców ciepła umożliwia zmniejszenie średniej powierzchni kolektora (mniejsze wahania rozbioru wody, mniejsza nierównomierność), mniejsze zapotrzebowanie na c.w.u. zmniejsza również wymaganą powierzchnię kolektorów słonecznych. Obliczenia Dzięki obliczeniom można dobrać większość elementów systemu instalacji solarnej. Bazują one na zapotrzebowaniu na c.w.u. i c.o, a także na dostępnej ilości promieniowania słonecznego oraz wymaganej ilości energii słonecznej. Metodą tą można właściwie zaprojektować instalację solarną, dopasowując ją do naszych wymagań. Programy obliczeniowo - symulacyjne Wykorzystanie programów obliczeniowo - symulacyjnych jest najpowszechniejszym sposobem doboru parametrów pracy i elementów instalacji solarnej dla profesjonalistów i dla osób średnio rozeznanych w problematyce energii słonecznej. Programy wykorzystują standardowe, proste i powtarzalne obliczenia. Pozwalają na szybki dobór elementów, symulację pracy instalacji, bez zapoznania się z problematyką ruchu ciepła i masy, czy zagadnień techniki słonecznej. Pozwalają na: zmianę parametrów instalacji i po ponownym przeprowadzeniu symulacji - uzyskanie innych wyników, porównania ich z poprzednimi, określenia m.in.: wydajności instalacji solarnej w określonym przedziale czasu, procentowego udziału ilości pozyskanej z promieniowania słonecznego energii w stosunku do całkowitego zapotrzebowania na ciepło (tzw. pokrycie słoneczne), ekonomicznej oraz ekologicznej kwestii przedsięwzięcia. Można skorzystać z programów do doboru instalacji słonecznych (np. Getsolar, TSol, Kolektorek 2.0). Niektóre z programów pozwalają nie tylko zaprojektować instalację, ale także dokonać kalkulacji uzysku słonecznego, kosztów inwestycji, okresu zwrotu nakładów, pozwalają na obliczenie wymaganej pojemności naczynia wzbiorczego czy wydajności pompy obiegowej i wysokości podnoszenia. Programy dysponują danymi dotyczącymi informacji o temperaturach, nasłonecznieniu i liczbie godzin słonecznych w kilkudziesięciu polskich miastach oraz danymi o dostępnych na polskim rynku urządzeniach. -28-

31 Montaż Kolektory słoneczne są jednym z ważnych elementów instalacji solarnej. Montuje się je na: pochyłym dachu, konstrukcjach wsporczych na płaskich dachu, na ścianie budynku, na ziemi. Montaż kolektorów na dachu charakteryzuje się następującymi zaletami i wadami: zalety instalowania kolektorów na dachu: szybki, prosty i tani montaż, nienaruszone pokrycie dachu. wady, zaś, to: dodatkowe obciążenie pokrycia dachowego (około kg/m2), w przypadku kolektorów płaskich, około kg/m2 - dla kolektorów próżniowych, zmiana estetyki dachu i budynku, rurociągi muszą być częściowo umieszczone pod dachem. Kolektory montowane na ścianie budynku: zalety: dodatkowe wykorzystanie promieniowania, które odbija się od ziemi i obiektów znajdujących się w pobliżu kolektora, ściana jest bardziej wytrzymała niż dach, nie trzeba jej wzmacniać (niższe koszty), kolektor jest mniej narażony na chłodzące działanie wiatru. wady: nie każdy kolektor da się tak zamontować. Ze względu na większe opory przepływu musi być przystosowany do montażu w pozycji pionowej. Kolektory montowane na ziemi: zalety: możliwość ustawienia względem słońca w celu zwiększenia ich sprawności, niższy koszt montażu (wymagane zapewnienie odpowiedniej stabilności kolektora i zabezpieczenie przed burzą, w przypadku awarii tańsza ich naprawa, łatwiej można je umyć lub odśnieżyć, co zwiększa ich wydajność. wady: straty ciepła podczas przepływu czynnika grzewczego z kolektora do instalacji w budynku. W przypadku montowania kolektorów na konstrukcji wsporczej na ziemi są inne problemy (zajętość powierzchni ziemi, zwrócenie uwagi na to, aby nie zniszczyć kolektorów itp.). -29-

32 W przypadku montowania kolektorów w dachu: zalety są następujące: nie ma dodatkowego obciążenia dachu, jest on wizualnie bardziej akceptowany, rurociągi są pod dachem, zaś wady dotyczą: droższych materiałów i prac montażowych, naruszenia pokrycia dachu i ewentualnych przecieków, problemów ze spasowaniem, zachowaniem odległości od okien (np. dachowych) i kominów. Obsługa i konserwacja instalacji solarnej Dobrze zwymiarowana i wykonana instalacja słoneczna nie wymaga dużych zabiegów konserwacyjnych. Właściciel winien żądać od inwestora okresu gwarancji (np. 5-6 lat ) i zapewnienia serwisu po okresie gwarancji. Zaleca się regularne sprawdzanie instalacji. Zabiegi konserwacyjne powinny odbywać się co 2 lata, a nawet corocznie - najlepiej w słoneczny dzień lata. Powinny być one przeprowadzone przez wykwalifikowanego instalatora. Użytkownik instalacji musi przeprowadzać tzw. wizualną kontrolę. Koszty instalacji solarnej Inwestor, w celu oceny opłacalności budowy kolektorów słonecznych, winien porównać planowane nakłady z przewidywanymi zyskami z tytułu eksploatacji instalacji. Może wziąć pod uwagę następujące wskaźniki: planowany okres zwrotu planowanych nakładów (np. spłacanie pożyczki) określany jako iloraz całkowitych nakładów inwestycyjnych i wartości wyprodukowanego ciepła, koszt jednostki energii cieplnej uzyskanej dzięki instalacji solarnej. Można go obliczyć z ilorazu całkowitych kosztów rocznych funkcjonowania instalacji z uwzględnieniem amortyzacji zużycia energii, odniesionych do całkowitej rocznej ilości ciepła otrzymanego z instalacji solarnej w/g wzoru: K j =(I o a + Q p k p + k o )/Q [zł/kwh], gdzie: I 0 - nakłady na budowę instalacji [zł], Q p - roczne zużycie energii z zewnątrz [kwh], K p - koszt jednostkowy energii zewnętrznej [zł/kwh], K o - koszt obsługi [zł], a - rata rozszerzonej reprodukcji składająca się z: amortyzacji, oprocentowania pożyczki i kosztów remontu, Q - roczna podaż energii z kolektora słonecznego [kwh]. Budowa instalacji solarnej będzie opłacalna, jeśli: okres zwrotu nakładów będzie krótszy od okresu użytkowania instalacji, koszt jednostkowy energii uzyskiwanej z instalacji solarnej będzie niższy od kosztu tej samej jednostki energii uzyskanej z konwencjonalnego źródła. -30-

33 Wartości w/w składników zależą od: wielkości nasłonecznienia z miejscu lokalizacji instalacji, czasu wykorzystania jej sprawności. Musimy, planując instalację, przyjąć dane do obliczeń z własnych obserwacji (np. przeznaczenie instalacji i czas wykorzystania) i literatury. Pamiętajmy także, że opłacalność instalacji solarnej zależy także od jej rozwiązania technicznego, sposobu wykonania i montażu. Poniżej podajemy konkretne wyniki obliczeń dla przykładowych instalacji zlokalizowanych w Warszawie, przy zaopatrzeniu na c. w. u.: 3900 kwh/rok, stopniu pokrycia zapotrzebowania - 66%. Rodzaj kolektorów płaskie próżniowe Uzysk słoneczny [kwh/m 2 rok] Nakłady [zł] System konwencjonalnnny en.elektr. gaz ziem- węgiel en.elektr. gaz ziem- węgiel Cena nośnika energii 0,45 zł/ 2 zł/m zł/t 0,45 zł/ 2 zł/m zł/t kwh kwh Roczne oszczędności [zł/rok] Okres zwrotu bez uwzgl. wzrostu cen [lata] Okres zwrotu z uwzgl % wzrostu cen [lata] Okres zwrotu z uwzgl. 10% wzrostu cen i dotacji zł Źródło: EC BREC IEO, na podstawie obliczeń w kalkulatorze ekonomiczno - finansowym programu KOLEKTOREK 2.0. Instalacje solarne na ogół są opłacalne (okres zwrotu nakładów jest krótszy od okresu trwałości urządzenia, a koszt jednostkowy energii uzyskiwanej z kolektora jest niższy od kosztu jednostki energii z konwencjonalnego źródła energii). Zależy to od: rodzaju podstawowego systemu ogrzewania, rodzaju instalacji kolektorów słonecznych, ich zastosowania, jakości wykonania i montażu instalacji, cen paliw kopalnych, energii elektrycznej a także możliwości dofinansowania tak ekologicznego źródła ciepła. Pamiętajmy także o tym, że energia słoneczna nas nie kosztuje, a korzystając z niej, chronimy środowisko (zasoby naturalne, klimat). Dofinansowanie zakupu instalacji solarnych Możliwe jest uzyskanie dofinansowania na budowę instalacji solarnych z następujących źródeł: Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie (szczegóły strona internetowa: wojewódzkich funduszy ochrony środowiska i gospodarki wodnej np.: WFOŚiGW w Warszawie - szczegóły

34 WFOŚiGW w Toruniu - szczegóły WFOŚiGW w Łodzi - szczegóły Fundusze ekologiczne udzielają z reguły niskooprocentowanych pożyczek - najczęściej osobom prawnym, a osobom fizycznym za pośrednictwem banków np. Banku Ochrony Środowiska S.A. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Warszawie uruchomił program dotacji dla osób prywatnych pod nazwą: Dopłaty do spłaty kredytów bankowych na zakup i montaż kolektorów słonecznych. Bank Ochrony Środowiska S.A. oferuje także kredyty uzupełniające dotacje z Narodowego lub Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej - na preferencyjnych warunkach. Środki z funduszy strukturalnych Unii Europejskiej: Regionalnych Programów Operacyjnych (RPO). Możliwe jest tzw. pakietowanie mniejszych inwestycji, skorzystać z w/w środków mogą lokalne stowarzyszenia działające na rzecz właścicieli domów jednorodzinnych (taką pomoc uzyskało Stowarzyszenie Gmin Turystycznych Pojezierza Gostynińskiego). W województwie mazowieckim wsparcie wykorzystania energetyki słonecznej oferowane jest w działaniu 4.3. Ochrona powietrza, energetyka (szczegóły: Mazowiecka Jednostka Wdrażania Programów Unijnych - Program Rozwoju Obszarów Wiejskich, skierowany tylko do inwestorów na wsi - także umożliwia dofinansowanie instalacji solarnych. Budowa kolektora słonecznego metodą zrób to sam Wielu mających już domy lub budujących domy chce mieć w domu instalację solarną. Większości ludzi kojarzą się one ze słonecznym ogrzewaniem, choć są głównie dobrym sposobem na przygotowanie ciepłej wody użytkowej. Także mogą tylko wspomóc ogrzewanie budynku. Ze względu na wysoką cenę instalacji, nakłady zwracają się po długim okresie. A mają przecież służyć do korzystania z darmowej energii słonecznej Jakie jest więc rozwiązanie? Samodzielna budowa kolektora! Przy odrobinie wysiłku i inwencji, budowa kolektora nie jest niczym trudnym. Można go zbudować we własnym garażu i zamontować na budynku. Aby było to możliwe, najpierw trzeba poznać zasady działania i budowę podstawowych rodzajów kolektorów. Zostało to omówione szczegółowo w poprzednich rozdziałach Poradnika. Tutaj przypomnimy tylko niektóre zagadnienia dotyczące budowy kolektora płaskiego - najłatwiejszego do wykonania własnymi siłami. Kolektor słoneczny płaski, to najprostszy rodzaj kolektora słonecznego. Jako najprostszy, nie jest najbardziej sprawny. Za to jest najłatwiejszy do samodzielnego wykonania. Jeśli kolektor własnej roboty jest trochę gorszy od firmowego o tej samej powierzchni, ale dwukrotnie tańszy, zawsze można zbudować dwa i osiągnąć efekt lepszy niż z jednego kolektora firmowego. Rys. 26. Schemat kolektora płaskiego -32-

35 Schemat kolektora płaskiego przedstawia rys. 26. Jest to bardzo uproszczony schemat, ale nie ma to większego znaczenia dla naszego wykonania. Najważniejszym elementem jest absorber. Zazwyczaj jest to płaska płyta, w czarnym kolorze, której zadaniem jest ogrzewanie się od padających na nią promieni słonecznych. Jest ona pomalowana farbą albo pokryta jakimś środkiem o czarnym (ciemnym) kolorze. Ciepło od rozgrzanego kolektora odbiera wymiennik ciepła. W typowym kolektorze są to rurki, przez które przepływa ciecz. Cieczą tą może być ta sama woda, która trafia do zasobnika ciepłej wody, czyli woda z kranu (ale będzie zamarzała zimą i trzeba ją usunąć z układu). Woda w obiegu zamkniętym oddaje ciepło przez wężownicę umieszczoną w zasobniku. Jeśli kolektor ma pracować również zimą, stosuje się zamknięty obieg jakiejś niezamarzającej cieczy, np. glikolu. Absorber wraz z zamontowanym do niego wymiennikiem (im większa powierzchnia kontaktu wymiennika z absorberem, tym lepiej) umieszczone są w zaizolowanej skrzynce. Ma ona chronić kolektor przed uszkodzeniami i umożliwiać jego łatwy montaż na połaci dachowej lub w dowolnym innym miejscu naszego domu i ochronić też kolektor przed utratą ciepła. Dlatego między skrzynką a samym sercem kolektora jest najczęściej gruba warstwa wełny mineralnej lub styropianu. Ma ona duże znaczenie zwłaszcza w okresie przejściowym, gdy temperatura powietrza jest niska. Tę samą funkcję pełni szkło, które zamyka kolektor od góry. INSTRUKCJA WYKONANIA KOLEKTORA SŁONECZNEGO METODĄ ZRÓB TO SAM Metoda zrób to sam pozwala na wykonanie kolektorów słonecznych własnymi siłami i z materiałów łatwo dostępnych na rynku lokalnym. Najprościej jest wykonać kolektor cieczowy, płaski. Musimy jednak mieć trochę specjalistycznych narzędzi, takich jak zaginarkę do rur miedzianych, palnik do lutowania miękkiego, obcinacz do rur miedzianych piłę do cięcia drewna oraz heblarko - frezarkę. Powyższe narzędzia można za drobną opłatą wypożyczyć. ORGANIZACJA PRACY PRZY BUDOWIE KOLEKTORA Wybór materiałów na instalację solarną Wybór materiałów na kolektor zależy od: właściwości fizycznych materiału (wysoki współczynnik przewodzenia ciepła), trwałości łączeń i obróbki mechanicznej, wytrzymałości w wysokiej temperaturze, odporności na korozję. Materiałem o najlepszych parametrach przewodzenia jest srebro, ale jest drogie. Miedź ma dobre parametry na budowę płyty i wężownicy. Słabsze ma aluminium, najsłabsze - stal. Po wyborze materiałów na płytę absorbera wybieramy pokrycie takie, aby powłoka jak najwięcej chłonęła, a jak najmniej emitowała energii oraz, aby przez wiele lat jak najmniej zmieniła swoje właściwości. W przypadku miedzi dobrym sposobem jest pokrycie jej czarnym chromem, działanie Cu(NO 3 ) 2 i AgNO 3 lub K 2 S 4 i HCl. Istnieje też możliwość pokrycia absorbera lakierem solarnym lub, najłatwiej (ale to najprostszy sposób), pomalowanie płyty czarną farbą. Można ten absorber kupić, a obudowę wykonać we własnym zakresie. -33-

36 Proponujemy wykonanie kolektora w następującej technologii: obudowa z desek drewnianych grubości 22 mm, zaimpregnowanych farbą zatrzymującą wilgoć np. Sadolinem, spód kolektora wykonać można ze sklejki wodoodpornej grubości 12 mm lub z blachy ocynkowanej grubości 0,55 mm, pleksa grubości 5 mm uszczelniona silikonem, izolacja termiczna - wełna grubości 5 cm (nienasiąkliwa) np. Isover, absorber wykonany w miedzi, rurka miedziana 12x0,8 mm z przylutowaną blachą miedzianą grub. 0,5 mm, malowaną czarną matową termoodporną farbą. Niezbędne materiały Na wykonanie kolektora o wymiarach 200x100x10 cm potrzebne będą: 1. deska 1 200x10 cm - 2 szt 2. deska 1 100x10 cm - 2 szt 3. sklejka wodoodporna 196x96 cm - 1 szt 4. narożniki stalowe - 4 szt 5. pleksa grub. 5 mm o wymiarach 198x98 cm - 1 szt 6. listewka przymykowa 20x5 mm - 6 mb 7. wełna mineralna nienasiąkliwa grub. 5 cm - 2 m 2 8. rurka miedziana φ mb 9. rurka miedziana φ 15-0,4 mb 10. redukcja mufowa miedziana 15x12 mm - 2 szt 11. farba impregnacyjna np. Sadolin - 1,0 l 12. farba termoodporna matowa np.teknoheat - 0,8 l 13. silikon szklarski - 0,1 l 14. wkręty do drewna 40x3-30 szt 15. cyna do lutowania g 16. pasta lutownicza 17. blacha miedziana grub 0,5 mm - 2 m 2 W/w materiały można modyfikować w/g własnych potrzeb (np. stosując szybę hartowaną, szkło okienne, folię aluminiową, itp.) Kolejność wykonania robót Przygotować niezbędne materiały na instalację solarną oraz zestaw niezbędnych narzędzi. Proponujemy pozostałe materiały i urządzenia na instalację solarną: podgrzewacz wody z 2 wężownicami spiralnymi, pompa Grundfos 25/4, zawór bezpieczeństwa 1/2 x 3 bar, naczynie przeponowe - 24 l, regulator tleco G-403-PO4, zawory (z filtrem 3/4, zwrotny 3/4, spustowy 1/2), odpowietrznik 1/2-2 szt., rury na magistralę φ22 mm - 35 m, izolacja do 110 C - 20 m, łączniki, -34-

37 mufa zaciskowa φ22 mm - 6 szt, termometr, termomanometr, wąż φ25 mm - 2 szt, uchwyty do rur φ22 mm do ciepłej wody - 10 szt. Zestaw niezbędnych narzędzi: giętarka do rury miedzianej φ12 mm, blat 2 m x 1 m do wyginania rur i montażu, nożyce do blachy, wiertarka elektryczna, wiertła (φ3,2 mm, φ8 mm, φ10 mm), wykrojnik do otworów φ32 mm, szlifierka kątowa, wkrętarka elektryczna z nasadkami, lutownica, nitownica, obcinak do rur, niepalne podłoże do lutowania, pistolet do malowania, pistolet do silikonu, młotek gumowy, nóż do cięcia wełny mineralnej, pompka do napełniania instalacji płynem, sprężarka, rysik, przymiar, klucze hydrauliczne, kątownik z przymiarem, odzież ochronna, rękawice i okulary ochronne. Prace montażowe Prace przy budowie kolektora dobrze wykonuje się w zespołach 3-4 osobowych. Przed przystąpieniem do zasadniczej budowy kolektora należy wykonać blat do wyginania i montażu oraz giętarkę do rur zgodnie z zamieszczonymi rysunkami, zwracając uwagę na prostopadłość otworów i prawidłowe wymiary. Ułatwi to późniejsze prace. W celu wykonania wężownicy serpentynowej rozwijamy przez całą szerokość stołu rurę. Wkładamy giętarkę w pierwszy otwór blatu i przytrzymując rurę wyginamy ją powoli pod kątem prostym. Wyjmujemy giętarkę, pozostawioną pierwszą rolkę przetykamy sworzniem. Następnie zakładamy na rurę drugą rolkę i giętarkę w otwór, wyginamy rurę wokół rolki rozwijając za każdym razem rurę prosto na szerokość stołu. Wyjmujemy giętarkę, pozostawioną drugą rolkę przetykamy sworzniem. Zakła- -35-

38 damy na rurę trzecią rolkę i giętarkę w otwór, wyginamy rurę wokół rolki. Do kolejnych wygięć czynności powtarzamy, a ostatnie gięcie wykonujemy pod kątem prostym. Obcinamy rurę na końcu i wyrównujemy na początku 15 mm po przejściu łuku w prostą. W przypadku nieudanego zagięcia lub ułamania rura można uszkodzone miejsce wyciąć i wstawić nowe łącząc za pomocą mufek. Wygiętą gotową spiralę wyrównujemy dwustronnie gumowym młotkiem i rękoma w celu uzyskania w miarę prostych odcinków serpentyny. Obudowa 1. Docięcie i wyprofilowanie desek bocznych i szczytowych. Długość desek: 2 szt po 200 cm oraz 2 szt po 96 cm 2. Impregnacja desek. 3. Montaż obudowy w/g schematu (rys. 28.). Rys. 27. Schemat przygotowania profilu desek Rys. 28. Schemat obudowy kolektora -36-

39 4. Docięcie i montaż płyty dennej ze sklejki wodoodpornej. 5. Wywiercenie otworów φ20 w płycie bocznej do wyprowadzenia rurek absorbera. Rys. 29. Przekrój przez obudowę 6. Wykonanie absorbera: Rys. 30. Schemat układu rurek w absorberze Rurkę miedzianą φ12 należy wygiąć przy pomocy zaginarki do rur miedzianych w/g powyższego schematu. -37-

40 Końcówki należy rozszerzyć za pomocą redukcji do średnicy 15 mm i przylutować rurki φ15 mm o długości 20 cm. Wyprofilowaną rurkę należy przylutować na długości do arkusza blachy miedzianej grubości 0,50 mm. Wymiary arkusza: 196x96 cm. Wykonanie rur zbiorczych rozpoczynamy od ucięcia rur. Ucięte odcinki rur i wężownicy gradujemy wewnątrz i na zewnątrz. Wszystkie końcówki przeznaczone do lutowania wycieramy czyścikiem. Pokrywamy pastą do lutowania i wciskamy lekko pokręcając tak, aby ustawić je w odpowiedniej pozycji. Lutowanie rozpoczynamy od podgrzania najlepiej z kilku stron trójnika i rurek, obserwując najpierw odparowywanie kwasu a następnie srebrzenie się lutu. Następnie dodajemy cyny w takiej ilości, aby wypełniła się tylko szczelina. Należy uważać aby nie nastąpił wyciek cyny na zewnątrz i do wewnątrz. Zalutowaną wężownicę i trójniki wycieramy czyścikiem jednostronnie w celu przygotowania do lutowania z blachą stanowiącą płytę absorbera. Tak przygotowaną serpentynę kładziemy na płaskim równym podłożu. W celu stabilizacji rur zbiorczych podczas lutowania wykonujemy szablony z dwóch odcinków odpadowej sklejki lub ceownika o wymiarach 200 cm x 5 cm wykorzystanego później do wzmocnienia dna skrzyni. W ceownikach tych wykonujemy symetrycznie dwa otwory φ20 mm w odległości 188 cm. Płytę absorbera wykonujemy z blachy o długości około 200 cm, którą przed zamknięciem kolektora wyrównujemy nożycami (podczas lutowania blacha nagrzewa się i faluje). W zależności od posiadanej szerokości blachy możemy płytę zrobić z jednego lub z kilku kawałków rozciętych wzdłuż w zależności od potrzeb. Optymalną szerokością blachy jest 30 cm (trzy pasy na całą szerokość płyty). Na stół montażowy zabezpieczony kocem gaśniczym kładziemy uciętą blachę i czyścimy przed lutowaniem. Następnie kładziemy wężownicę czyszczoną stroną do dołu i zakładamy przygotowane szablony. Całość układamy symetrycznie, sprawdzamy wymiary i dociskamy do stołu np. cegłami. Smarujemy pastą lutowniczą miejsce styku rury i blachy. Lutowanie rozpoczynamy od środka wężownicy, kierując płomień palnika na rurę i ruchem posuwisto zwrotnym podążamy przed lutem ciągłym po kilka odcinków w lewo, a następnie w prawo od środka wężowni- -38-

41 cy. Takie działanie ma za zadanie zminimalizować naprężenia wywołane wysoką temperaturą. Podczas lutowania należy bacznie obserwować zachowanie się pasty, bo po nim możemy określić temperaturę potrzebną do lutowania (początkowo jest to intensywne parowanie kwasu a następnie srebrzenie się lutu). Należy pamiętać, że zbyt niską temperaturę lutu możemy poznać po chropowatym lucie i słabym kontakcie z materiałem. Natomiast zbyt wysoka temperatura powoduje utlenianie się lutu, nadmierne odkształcanie blachy i rury. Zalecane jest dociskanie rury do blachy np. drewnianymi listewkami, co powoduje lepsze przenikanie ciepła z absorbera do wężownicy i mniejsze zużycie spoiwa. Lutowanie kończymy 20 cm przed końcem serpentyny. Próbę ciśnieniową rozpoczynamy od zaślepienia trzech końcówek kolektora gotowymi korkami. Należy je wówczas zaklepać z jednej strony, zalutować a następnie przykręcić za pomocą złączek zaciskowych. Do czwartej końcówki podłączamy sprężarkę stosując redukcje w zależności od posiadanego węża. Napompowaną wężownicę do 6 atmosfer sprawdzamy za pomocą wody z płynem do mycia naczyń. W celu zachowania bezpieczeństwa nie stajemy w osi zaślepionych rur zbiorczych. Sprawdzony absorber odkorkowujemy, myjemy wodą z dodatkiem środków myjących dokładnie z obu stron, usuwając resztki pasty lutowniczej. Takie działanie ma za zadanie jej neutralizację oraz zwiększenie trwałości lutu. Stronę przeznaczoną do malowania przecieramy czyścikiem i odtłuszczamy benzyną ekstrakcyjną. Rys. 31. Widok płyty absorbera -39-

42 7. Absorber należy pomalować dwukrotnie czarną, matową termoodporną farbą np. Teknoheat. Przygotowujemy sprężarkę, pistolet, mieszamy i cedzimy farbę. Malujemy wykonany absorber w bezwietrznym miejscu krzyżowo w pozycji poziomej lub pionowej i pozostawiamy do wyschnięcia, do następnego dnia. Do malowania możemy użyć także wysoko temperaturowej czarnej farby w aerozolu do malowania kominków. 8. Ułożenie absorbera w obudowie. Ramę skrzyni wykonujemy z kształtownika 100 mm (mogą być C, U, długości nominalnej 3,4,6 mb). Dysponując np. odcinkiem 4 m nacinamy dolną i górną półkę ceownika w odległości 1 m, 2 m, 1 m, następnie zaginamy do wewnątrz pod kątem prostym. Czwarty bok robimy z odcinka 2 m i łączymy za pomocą dwóch kątowników z blachy 9,8 cm x 20 cm i nitów. Do wnętrza ramy wkładamy np. odcinek ceownika grubości 100 mm (zapobiegnie on wyoblaniu się blachy przy montażu), smarujemy silikonem i przykrywamy arkuszem blachy 100 cm x 200 cm. Sprawdzamy wymiary, przekątne, ewentualnie je korygujemy. Następnie wiercimy krótkim wiertłem φ3,2 mm i nitujemy nitami φ3 mm zakosami, co 5 cm. Przy nitowaniu pozostawiamy po obu stronach miejsce w odległości 30 cm na ceowniki, które wzmocnią dno. W celu wykonania wzmocnienia dna wycinamy w dwóch odcinkach ceownika (5 cm x 200 cm) z obu stron półki na długości 5 cm i obcinamy rogi. Następnie przynitowujemy je w odległości co 10 cm wzdłuż do dna po obu stronach w odległości 30 cm od brzegu. W dnie skrzyni przy rogach wiercimy cztery otwory φ8 mm w odległości 20 cm od dłuższych boków oraz 6 cm od krótszych boków. Będą one służyły do przykręcenia uchwytów mocujących rurę zbiorczą. W dłuższych bokach skrzyni wiercimy lub wycinamy wycinakiem do blach po dwa otwory φ32 mm w odległości 1880 mm pomiędzy nimi, 60 mm od dna i krótszych boków. Do dna skrzyni przykręcamy śruby M8 wraz z podkładkami i uchwytami mocującymi rury zbiorczej i ustawiamy je osiowo z otworami bocznymi. Następnie odkręcamy same uchwyty, ułatwi to zakładanie wełny. Układanie wełny mineralnej rozpoczynamy od boków (zapobiegnie to jej wysuwaniu się). Trzymając wełnę przy ściance poziomo ucinamy ją nożem. Wykładamy dno skrzyni wełną i odpowiednio ją przycinamy. Jeśli szerokość półki ramy ceownika wynosiła 4 cm, a wełna 5 cm - nadmiar jej można pionowo odkroić nożem, a resztki ułożyć na spodzie. -40-

43 Absorber wkładamy do skrzyni dłuższymi końcami rur zbiorczych, unosząc delikatnie wężownicę nad boczną ramę, aż końce rur znajdą się wewnątrz skrzyni. Następnie opuszczamy je i cofamy układając symetrycznie. Uchylając blachę absorbera przykręcamy rury do uchwytów. Obcinamy ewentualny nadmiar blachy z długości, który nie sfalował się przy lutowaniu. 9. Montaż pleksy. Pleksę układamy na silikon i dociskamy listwami przymykowymi. Rys. 32. Przekrój kolektora Przed przystąpieniem do zamknięcia kolektora sprawdzamy krawędzie mogące mieć kontakt z szybą, płaskość ramy, układamy uszczelkę samoprzylepną na całej długości w odległości 1 cm od brzegu i w miejscach łączenia narożników. Dodatkowo na zewnątrz uszczelki dajemy silikon. Z pomocą kilku osób bardzo ostrożnie kładziemy czystą szybę na ramę. Wyrównujemy szybę i sprawdzamy uszczelnienie. -41-

44 Położoną szybę zabezpieczamy kątownikami. Aluminiowe kątowniki zacinamy pod kątem 45, a cienkie ocynkowane dajemy na zakładkę, rozpoczynając od dołu ramy. Przed przykręceniem pod każdy kątownik kładziemy warstwę silikonu, która zapewni szybie elastyczność względem ramy. Kątowniki przykręcamy blacho-wkrętami, co 10 cm, zachowując odległość od szyby 1 cm. Na koniec uzupełniamy silikon lub wycieramy jego nadmiar. Wybrane efekty dotychczasowej pracy budowy kolektorów słonecznych metodą domową zrób to sam Kolektor zamontowany na budynku Zielonej Szkoły w Goreniu Dużym, pow. włocławski Kolektor zamontowany na budynku Niepublicznej Szkoły Podstawowej w Krzyżówkach, pow. żywiecki Kolektor zamontowany na budynku Mazowieckiego Ośrodka Geograficznego UW w Murzynowie, pow. płocki Kolektor zamontowany na siedzibie Suwalskiego Parku Krajobrazowego w Turtulu, pow. suwalski -42-

45 Bezpieczeństwo pracy Większość prac przy budowie kolektora konstruktorzy będą wykonywać sami i przy pomocy bliskich, kolegów. Muszą przy tym przestrzegać zasad bezpieczeństwa pracy i ochrony środowiska. Mamy do czynienia z szeregiem zagrożeń, np.: możliwością porażenia prądem, emisją pyłów i gazów spawalniczych do powietrza, promieniowaniem podczerwonym i ultrafioletowym, substancjami chemicznymi szkodliwymi dla ludzi i środowiska, ostrymi krawędziami, otwartym ogniem i wysoką temperaturą, pracą na wysokości. Żadnego z w/w zagrożeń nie należy lekceważyć. Przy pracach należy używać sprawnych narzędzi, rękawic ochronnych, okularów ochronnych i maski na twarz. Spawanie, wytrawianie, odtłuszczanie, malowanie przeprowadzać przy sprawnie działającej wentylacji lub na wolnym powietrzu, z dala od ludzi. Nie wylewać do gruntu ani do kanalizacji i wody substancji chemicznych. Zużyte - przechowywać w zamkniętym naczyniu i oddać przy najbliższym zbieraniu firmie zbierającej odpady problemowe. W czasie lutowania, spawania zachować szczególną ostrożność przeciwpożarową. Praca na wysokościach wykonać zabezpieczając się linką ochronną na szelkach. Należy zwrócić uwagę na przenoszenie już skonstruowanego kolektora, jego podawanie na górę i umieszczenie na dachu. Prace związane z podłączeniem do zasilania energią elektryczną zlecić uprawnionemu elektrykowi. Uwagi praktyczne dotyczące instalacji solarnych Instalacje, jak pisaliśmy wcześniej, najczęściej służą do podgrzewania ciepłej wody na potrzeby gospodarczo - bytowe ludzi. Często mamy ją dostarczoną z ujęcia gminnego siecią wodociągową po wcześniejszym uzdatnieniu w stacji uzdatniania wody (pozbywa się tam najczęściej żelaza, manganu). Woda musi odpowiadać wymogom sanitarnym. Nie powinna zawierać związków powodujących wydzielanie tzw. kamienia kotłowego. Celem instalacji solarnej jest podgrzewanie wody do odpowiedniej temperatury. Dobrze jest, jeśli w zasobniku woda ma temperaturę odpowiednią do użycia, ale niższą od 50 C. Czynniki, które przemawiają za tym, to: mniejsze ryzyko oparzenia się w przypadku nieostrożnego odkręcenia kranu z ciepłą wodą, opóźnienie procesu korozji instalacji, powolniejszy proces osadzania się kamienia kotłowego. Zwłaszcza w gorące dni letnie woda w zasobniku może mieć temperaturę wyższą niż 50 C. Ma to też zalety takie, jak: zgromadzenie większej ilości energii w zasobniku wody, niższy koszt zasobnika, mniejsze ryzyko obecności i rozwoju bakterii w wodzie zasobnika. Czy można w/w pogodzić? Tak, stosując termostatyczne zawory mieszające, dobrane indywidualnie dla instalacji. Mogą być one ustawione na temperaturę wody wyjściowej C. Można też zastosować w instalacji termostatyczny element regulacyjny. Wzrost temperatury wody cyrkulacyjnej powoduje rozszerzanie się elementu termostatycznego, który oddziaływuje na położenie grzybka zaworu - następuje ograniczenie przepływu wody cyrkulacyjnej. -43-

46 Krótko o projekcie Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej Koordynator: Regionalne Centrum Edukacji Ekologicznej w Płocku. Partnerzy projektu: Mazowiecka Agencja Energetyczna w Warszawie, Powiat Płocki, Mazowiecki Ośrodek Geograficzny Uniwersytetu Warszawskiego w Murzynowie, Włocławskie Centrum Edukacji Ekologicznej we Włocławku. Celem programu jest podniesienie świadomości ekologicznej mieszkańców województw: mazowieckiego, kujawsko - pomorskiego i łódzkiego nt. przeciwdziałania zmianom klimatu, promowania racjonalnego gospodarowania energią, a w szczególności: zapoznanie z polityką ekologiczną państwa w zakresie przeciwdziałania zmianom klimatu i racjonalnym gospodarowaniem energią, poznanie problemów bezpieczeństwa energetycznego Polski, promowanie wiedzy, praktyk motywujących do efektywnego wykorzystania energii i zrównoważonego korzystania z zasobów środowiska, praktyczne nauczanie realizowania projektów związanych z efektywnością energetyczną i realizacją odnawialnych źródeł energii, zwiększenie kompetencji pracowników samorządowych i przedsiębiorstw w realizacji zadań związanych z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii oraz efektywnością energetyczną, promowanie zrównoważonego rozwoju poprzez umiejętne wykorzystanie energii odnawialnej, rozpoznanie możliwości wprowadzenia w gminach, firmach i w życiu codziennym oszczędzania energii. Projekt realizowany jest w latach wśród całych społeczności lokalnych, tj.; przedstawicieli urzędów miast, gmin, organizacji społecznych, radnych gmin i powiatów, przedsiębiorców, sołtysów, nauczycieli i uczniów szkół oraz przedszkoli. Wśród dotychczasowych koniecznych działań wśród społeczeństwa i firm mających na celu złagodzenie skutków zmian klimatu wyraźnie brakuje rad i przykładów aktywności dotyczących rolnictwa, gospodarki wodnej, transportu a także naszego zdrowia i kondycji świata ożywionego. Ponadto istnieje potrzeba szybkiego wprowadzenia w szkołach, gminach, firmach, domach, życiu codziennym zabiegów oszczędzających energię a także technik produkcji i dystrybucji energii spełniających zasady Zrównoważonego Rozwoju. Podjęliśmy się realizacji projektu poprzez: 1. Warsztaty dla dorosłych: Warsztaty terenowe pn. Badania i pomiary solarnych zasobów energetycznych, realizowane na terenie laboratorium monitoringu środowiska WIOŚ Delegatura w Płocku, stacji monitoringu środowiska w PKN Orlen SA w Płocku, stacji Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej Płock - Trzepowo oraz Mazowieckim Ośrodku Geograficznym Uniwersytetu Warszawskiego w Murzynowie. Warsztaty stacjonarne pn. Praktyczne wnioski wynikające z dokumentów UE i Polski dla gminy. Warsztaty terenowe pn. Wyzwania energetyki jądrowej, realizowane w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku k/otwocka. Warsztaty terenowe pn. Możliwości rozwoju energetyki wodnej oraz biogazu w regionach, realizowane na terenie Elektrowni Wodnej we Włocławku, Zakładu Utylizacji Odpadów Komunalnych w Machnaczu k/włocławka. -44-

47 Warsztaty terenowe pn. Biomasa i energia geotermalna, biopaliwa, realizowane w Łącku i Mszczonowie. Warsztaty terenowe pn. Energia słoneczna, pompy ciepła - czyli jak własnymi siłami zbudować kolektor słoneczny, realizowane na terenie 3 województw: mazowieckiego, kujawsko - pomorskiego i łódzkiego. Warsztaty stacjonarne pn. Audyt energetyczny budynków. 2. Warsztaty dla szkół, pn. Aktywna edukacja stacjonarna i terenowa - warsztaty dla dzieci i młodzieży, Warsztaty artystyczno - energetyczne w Sendeniu. 3. Konferencje, pn.: Racjonalne gospodarowanie energią, Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej. 4. Seminaria, nt. Zmiany klimatyczne, Polityka energetyczna świata, Unii Europejskiej i Polski, Zarządzanie energią w zrównoważonym rozwoju gmin, Odnawialne źródła energii dla ochrony klimatu, Technologia przyjazna klimatowi w naszym miejscu pracy i domu, Finansowanie przedsięwzięć energetycznych. 5. Konkursy upowszechniające wiedze ekologiczną: I konkurs - fotograficzny pn.: Odnawialne źródła energii a przyroda i człowiek na Mazowszu, Kujawach i Ziemi Łódzkiej - dla szkół podstawowych, gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych. II konkurs - grantowy pn.: Szkoła/przedszkole przyjazna klimatowi. III konkurs pn.: Audyt energetyczny szkoły. 6. Happening, pn. Nasza Planeta - Mój Dom. 7. Wydawnictwa dotyczące porad, jak firma, rodzina, każda osoba może ograniczyć zużycie energii, zmniejszając jednocześnie swoje koszty jej użytkowania, stosować nowe odnawialne źródła energii elektrycznej i cieplnej, przyczyniając się w ten sposób do ograniczenia oddziaływania na zmiany klimatu, tj.: Biuletyn promujący projekt pn.: Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej. Informator dla ogółu społeczeństwa pn.: Oszczędzamy energię w domu, szkole i w firmie. Poradnik pt.: Poradnik młodego ekologa. Poradnik pt.: Jak zbudować własnymi siłami kolektor słoneczny. Plakat pt.: Człowiek - energia - środowisko. Powszechna edukacja ekologiczna społeczeństwa dotycząca odnawialnych źródeł energii - Cykl 4 artykułów w prasie (Tygodnik Płocki), nt.: I artykuł: Odnawialne źródła energii (I kwartał 2011 roku). II artykuł: Oszczędzamy energię w domu (III kwartał 2011 roku). III artykuł: Oszczędzamy energię w zakładach pracy (I kwartał 2012 roku). IV artykuł: Odnawialne źródła energii a ochrona przyrody (III kwartał 2012 roku). Regionalne Centrum Edukacji Ekologicznej w Płocku prowadzi także inne działania edukacyjne społeczeństwa dla zrównoważonego rozwoju. Zachęcamy wszystkich do zainteresowania się naszymi projektami, odwiedzenia Regionalnego Centrum podczas zajęć edukacyjnych, biblioteki, bądź też naszej strony internetowej na której znajduje się szereg porad dotyczących oszczędzania energii, zasobów środowiska, przeciwdziałania zmianom klimatu, ochrony różnorodności biologicznej, aktywnej współpracy z władzami, biznesem i pozarządowymi organizacjami dla zrównoważonego rozwoju naszych środowisk. Dziękujemy serdecznie wszystkim, którzy wsparli finansowo nasz projekt oraz tym, którzy wspólnie z nami realizują zadania, służyli radą i pomocą. -45-

48 Notatki

49 Źródła 1. Atlas Rzeczypospolitej Polskiej, Główny Geodeta Kraju, Bac S., Rojek M.: Meteorologia i Klimatologia w inżynierii środowiska AR, Wrocław Biuletyn Meteorologiczny (red. Danielak D., Lenart W.), UW, Murzynowo Czysta Energia, ABRYS Sp. z o.o., Poznań. 5. Poradnik dla konstruktora i użytkownika kolektorów słonecznych, RCEE w Płocku, Program możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii dla woj. mazowieckiego, Marszałek Województwa Mazowieckiego, Sięgnij po Słońce - wspieranie przedsięwzięć na rzecz wykorzystania energii odnawialnej w środowisku wiejskim, RCEE w Płocku, Tablice matematyczne, fizyczne, chemiczne i astronomiczne, WSIP, Warszawa Wiśniewski G., Gołębiewski S., Gryciuk M.: Kolektory Słoneczne poradnik wykorzystania energii. COIB Efektywność energetyczna i odnawialne źródła energii w domu. KAPESA, Warszawa Wiśniewski G., Gołębiewski S., Gryciuk M., Kurowski K., Więcka A.: Kolektory słoneczne. Energia soneczna w mieszkalnictwie, hotelarstwie i drobnym przemyśle. Medium. Warszawa Wizja rozwoju energetyki słonecznej, termicznej w Polsce wraz z planem działań do 2020r., Instytut Energetyki Odnawialnej, Warszawa Wnuk R.: Instalacje w domu pasywnym i energooszczędnym. Przewodnik budowlany. Warszawa Materiały promocyjne firm: Viessman, Aparel, Watt. 14. Strony internetowe:

50 Spis Treści Wstęp... 2 Szkolenia z budowy kolektorów słonecznych wykonanych metodą zrób to sam w ramach projektu realizowanego przez RCEE w Płocku w 2004 roku... 4 Informacje podstawowe...8 Wpływ orientacji i nachylenia kolektora na uzysk energii Optymalizacja całości systemu...12 Wymiarowanie instalacji kolektorów słonecznych...14 Budowa i działanie kolektorów słonecznych...17 Wybór kolektora słonecznego Elementy składowe instalacji solarnej Instalacje do podgrzewania ciepłej wody użytkowej System instalacji kolektorów słonecznych współpracujący z instalacją grzewczą Energetyka słoneczna w nowym świetle: kolektory jako element aranżacji architektonicznej Dobór i obliczenie instalacji słonecznych Montaż Obsługa i konserwacja instalacji solarnej Koszty instalacji solarnej Dofinansowanie zakupu instalacji solarnych...31 Budowa kolektora słonecznego metodą zrób to sam Wybrane efekty dotychczasowej pracy budowy kolektorów słonecznych metodą domową zrób to sam Bezpieczeństwo pracy Uwagi praktyczne dotyczące instalacji solarnych Krótko o projekcie Człowiek - energia - środowisko. Zrównoważona przyszłość Mazowsza, Kujaw i Ziemi Łódzkiej...44 Notatki...46 Źródła

51

52