W dobie dużego zużycia energii dla potrzeb gospodarczych i bytowych, rosnących kosztów paliw oraz dużej degradacji środowiska, społeczność coraz częściej sięga po odnawialne (lub niekonwencjonalne) źródła energii. Celem światowych organizacji zajmujących się problemami energii jest popularyzacja czystych ekologicznie jej źródeł i technologii. Takim źródłem jest m.in. energia promieniowania słonecznego. Najprostszym urządzeniem służącym do jej praktycznego wykorzystania jest kolektor słoneczny. W celu zmniejszenia wysokich kosztów ogrzewania budynków mieszkalnych oprócz kolektorów można zastosować znane już od dziesiątków lat urządzenia, zwane pompami ciepła. Kolektor słoneczny to urządzenie pozwalające na odbiór energii cieplnej pochodzącej z konwersji termicznej promieniowania słonecznego. W kolektorze ogrzaniu ulega przepływający przez niego płyn (najczęściej roztwór wodny glikolu propylenowego), który oddając pobraną energię umożliwia podgrzanie wody na cele użytkowe jak i wody w basenie. Istnieje także możliwość ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych oraz gospodarczych. W okresie letnim zapotrzebowanie na ciepłą wodę w domu jednorodzinnym może być prawie w całości pokrywane za pomocą energii słonecznej. Przeprowadzone doświadczenia pokazują, że dzięki słońcu w Polskich warunkach można uzyskać w ciągu roku od 50 do nawet 80 % energii potrzebnej do przygotowania ciepłej wody, średnio w roku do 65 %. Ze względu na medium, stosuje się dwa zasadnicze typy kolektorów: >cieczowe -płaskie -rurowo-próżniowe >powietrzne. PRZEKRÓJ KONSTRUKCJI KOLEKTORA PŁASKIEGO-CIECZOWEGO PRZEKRÓJ KONSTRUKCJI KOLEKTORA PRÓŻNIOWO-RUROWO
ZASADA DZIAŁANIA KOLEKTORA PŁASKIEGO- CIECZOWEGO Schemat podstawowej instalacji dla ciepłej wody użytkowej i basenu kąpielowego
Pompa ciepła jest niskotemperaturowym urządzeniem grzewczym, którego zasada działania opiera się na wykorzystaniu znanych zjawisk i przemian fizycznych. W uproszczeniu (sprężarkowa pompa ciepła), składa się z czterech podstawowych elementów tworzących obieg termodynamiczny - parownika, kompresora, skraplacza i zaworu rozprężnego. W jej obiegu cyrkuluje łatwo wrzący czynnik roboczy (freon lub węglowodór). Opisując działanie pompy ciepła należy zauważyć, że w obiegu cieplnym, zachodzą w sposób ciągły, cztery główne procesy: - W parowniku, czynnik roboczy ulega odparowaniu (odbierając ciepło z dolnego źródła np. z gruntu, powietrza lub wody). - Następnie w kompresorze następuje proces sprężania pary czynnika. - Za kompresorem, czynnik posiadający wysokie ciśnienie i temperaturę, ulega skraplaniu w skraplaczu (oddając ciepło użytkowe do systemu grzewczego). - Ostatnim procesem zamykającym cykl jest proces rozprężania, realizowany w zaworze rozprężnym, który dozuje ciekły czynnik roboczy z powrotem do parownika. ZASADA DZIAŁANIA SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA Pompa ciepła może pracować przez cały rok i być jedyny źródłem ciepła dla potrzeb C.O. i C.W.U. Roczna efektywność może wynosić ok. 4 co oznacza, że wytwarza 4 razy więcej energii, niż jej dostarczono. Innymi słowy z 1 kw energii elektrycznej dostarczonej do pompy otrzymamy 4 kw energii cieplnej na potrzeby ogrzewania i ciepłej wody. Energia elektryczne jest potrzebna pompie w celu przeniesienia ciepła z dolnego źródła do górnego źródła. PODSTAWY ŚRODOWISKOWE REALIZACJI INWESTYCJI Energia słoneczna w Polsce nie jest jeszcze w pełni wykorzystywana i odpowiednio zagospodarowana. Łatwo można dojść do wniosku, że daleko nam do takiego rozwoju rynku, gdzie kolektory słoneczne czy pompy ciepła są zakupem osiągalnym dla każdego obywatela. Województwo lubelskie jest tego przykładem. Jako dystrybutor systemów solarnych obserwujemy jednak bardzo dynamiczny trwały wzrost sprzedaży kolektorów słonecznych na Lubelszczyźnie głównie dla potrzeb budownictwa jednorodzinnego. Wynika to z najlepszych w kraju warunków usłonecznienia, które na Lubelszczyźnie kształtują się na średnim rocznym poziomie 1650 h/rok oraz najwyższego promieniowania całkowitego.
Możliwości wykorzystania energii słonecznej w naszym regionie są ogromne i powinny zyskiwać coraz większą popularność. Istotną szansą jest zastosowanie układów kolektorowych w gospodarstwach rolnych, agroturystyce, turystyce oraz instalacjach przemysłowych, na przykład w technologiach produkcji, co w przypadku Polski południowo-wschodniej nie jest zbyt popularne. Wzrost cen konwencjonalnych paliw i nośników energii, a jednocześnie zalecenia dotyczące ochrony środowiska naturalnego, skłaniają ku zwróceniu uwagi na wykorzystywanie czystych, ekologicznych źródeł energii. PROCES ANALIZY I PROJEKTOWANIA SYSTEMÓW Procedura koncepcyjna dla inwestorów indywidualnych (dom jedno- lub wielorodzinny, gospodarstwo rolne) jest znacznie prostsza niż dla inwestora instytucjonalnego czy przedsiębiorstwa (szkoła, szpital, basen, zakład produkcyjny). Sprowadza się ona zwykle do skorzystania z gotowego zestawu (np. układu solarnego) proponowanego przez producenta. Z kolei przy dużej inwestycji, ważne jest uwzględnienie, oprócz wcześniej wymienionych założeń, także specyfiki użytkowania obiektu, który będzie wyposażony w układ solarny. Z doświadczenia wynika, że wprowadzanie odnawialnych źródeł energii odbywa się często na etapie inwestycji ( m.in. basen w Głogowie Młp.). Powoduje to znaczne komplikacje i utrudnienia na etapie realizacji, wynikające z wprowadzania zmian i korekt dotyczących wielu branż. W ostatnim czasie sytuacja w tym zakresie nieco się polepszyła. Firma Solar-Bin m.e.s realizuje dwa nowe zadania z których pierwsze jest na etapie projektowania, natomiast drugie to modernizacja istniejącego od trzydziestu lat obiektu krytej pływalni i basenu odkrytego. Na podstawie przeprowadzonej ankietyzacji gmin podkarpackich pod kątem istniejących, realizowanych i planowanych inwestycji w instalacje słoneczne, najpowszechniej spotykanymi są małe domowe systemy, służące uzyskiwaniu ciepłej wody na cele użytkowe. Powierzchnia czynna absorbera dla nich nie przekracza 10m 2. Sporadycznie występują przypadki układów, które wspomagają instalacje centralnego ogrzewania lub basenowe. Realizuje się je przy większych układach średniego typu, które montowane są również na obiektach użyteczności publicznej tj. szkołach, żłobkach, szpitalach czy pływalniach. Najbardziej sprawdzają się małe oraz średnie instalacje solarne (niezbyt rozbudowane), przy czym duże są bardzo kosztowne i z natury rzeczy nie pracują w sposób ciągły. W dużych obiektach należy rozważyć użycie pomp ciepła mogących pracować 24h/dobę przez cały rok, niezależnie od warunków pogodowych. Moc pomp dodatkowo bilansowana jest w źródle, przez co zmniejsza się moc kotłów grzewczych. Warto zauważyć, że w przypadku kolektorów słonecznych musi być zapewniona 100% rezerwa mocy. Zastosowanie kolektorów słonecznych w budownictwie jednorodzinnym pozwala na zmniejszenie kosztów podgrzewania wody na cele użytkowe; co daje wymierne korzyści finansowe i przyczynia się do ochrony środowiska naturalnego przed zanieczyszczeniami emitowanymi z konwencjonalnych źródeł energii.
Czas zwrotu nakładu inwestycyjnego na układ solarny kształtuje się na poziomie około 6-9 lat. Wynika to z kalkulacji kosztu zakupu niezbędnych urządzeń w odniesieniu do oszczędności uzyskiwanych poprzez ograniczenie eksploatacji dotychczas wykorzystywanych źródeł energii (prąd elektryczny oraz brykiety drewniane), przykładowo: prosty czas zwrotu inwestycji = koszty inwestycyjne (nakład) / wartość oszczędności z tytułu wykorzystania energii 6.350,00 zł / (740,00 zł + 280,00 zł) = 6,22 6lat. Decydując się na zakup systemu słonecznego, często stajemy przed ważnym dylematem po jakim czasie osiągniemy zwrot z naszej inwestycji, a więc czy jest to opłacalne. Czy inwestując w proekologiczne urządzenia, możemy realnie oszczędzać nasze pieniądze, a nawet jeszcze dzięki temu zarabiać? Odpowiedź jest niezwykle prosta. Oczywiście TAK! Do pełniejszego przekonania proponujemy posłużyć się specjalnie przygotowanym Kalkulatorem Słonecznym, dzięki któremu można policzyć, ile zaoszczędzimy na podgrzewaniu wody kolektorami słonecznymi oraz kiedy osiągniemy zwrot poniesionych kosztów zakupu wybranego zestawu słonecznego.