Płaski czy próżniowy – jaki kolektor słoneczny bardziej się opłaca? Raport ekooszczedni.pl cz. 1

Coraz więcej osób korzysta z odnawialnych źródeł energii. Uświadamiamy sobie, że w ten sposób nie tylko chronimy nasze środowisko naturalne, lecz możemy także zaoszczędzić sporo pieniędzy. W ostatnich latach popularna staje się zwłaszcza energia słoneczna. Pozwala ona ogrzać wodę użytkową, basen czy też wspomóc centralne ogrzewanie. Jednak samo promieniowanie słońca nie wystarczy. Potrzebny jest jeszcze kolektor słoneczny. Zakup tego urządzenia to poważna inwestycja, dlatego przed podjęciem decyzji warto dokonać skrupulatnej analizy i ustalić, który typ kolektora będzie najkorzystniejszy dla naszego domu.

Rodzaje kolektorów słonecznych

Kolektory słoneczne to, mówiąc w skrócie, urządzenia, które pozwalają przekształcać energię promieniowania słonecznego w energię wykorzystywaną w naszych domach, na przykład do ogrzewania wody służącej do mycia. Ogólna zasada działania kolektorów jest dla wszystkich typów taka sama – ciepło promieni słonecznych pochłaniane jest przez absorber i przekazywane do rurek, przez które przepływa czynnik grzewczy (zwykle glikol). Następnie nagrzana ciecz jest transportowana do dalszej części instalacji solarnej. Kolektory słoneczne różnią się natomiast budową, która ma decydujący wpływ na ich funkcjonalność, co ma kluczowe znaczenie przy wyborze typu urządzenia. Wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje kolektorów: płaskie i próżniowe (próżniowo-rurowe).

Budowa kolektorów

Kolektor płaski ma kształt prostokątnej, płaskiej (stąd nazwa urządzenia) skrzynki, a jej wierzch stanowi szklana osłona o bardzo wysokiej przepuszczalności promieni słonecznych i dużej odporności na uszkodzenia mechaniczne. Pod szkłem umieszczony jest absorber – ciemna płyta zbudowana z miedzi, mosiądzu lub aluminium, która świetnie pochłania promieniowanie słoneczne i emituje małe ilości ciepła. Do absorbera zaś przylegają (zwykle miedziane) rury, przez które przepływa glikol, odbierający ciepło z absorbera. Dno i boczne ścianki kolektora zazwyczaj wypełnia izolacja najczęściej wykonana z wełny mineralnej, która zapobiega utracie ciepła. Całość otacza obudowa, chroniąca urządzenie przed wpływem czynników zewnętrznych.

Tymczasem kolektor próżniowy zbudowany jest z szeregu ułożonych równolegle rur szklanych, w których znajduje się absorber, pochłaniający z otoczenia ciepło słoneczne. Utracie ciepła zapobiega próżnia – najlepszy znany izolator, wytworzona wokół absorbera. Przyjęte ciepło dostarczane jest umieszczonymi wewnątrz rur szklanych miedzianymi rurkami lub ciepłowodami do kanału zbiorczego, czyli specjalnej, izolowanej skrzynki. Stamtąd glikol transportowany jest do dalszej części instalacji. Istotnymi elementami kolektora są także obudowa, zabezpieczająca go przed czynnikami zewnętrznymi, oraz rama montażowa. Niektóre modele wyposażone są dodatkowo w lustro paraboliczne, które odbija promienie słoneczne w stronę absorbera.

Budowa a efektywność

„Budowa kolektorów ma znaczenie dla ich działania i wydajności” – wyjaśnia Andrzej Karpiński, kierownik Działu Kogeneracji i doradca techniczny w firmie Wolf Technika Grzewcza Kolektory – „Płaskie kolektory najlepiej sprawdzają się w okresach o największym promieniowaniu, czyli od mniej więcej marca do końca września”. Duża efektywność kolektorów płaskich w tych miesiącach wynika z wysokiej sprawności optycznej – parametru określającego, jak wiele energii słonecznej docierającej do urządzenia jest zamieniane na ciepło. „Również kolektory próżniowe sprawdzają się w tym okresie całkiem nieźle, a ich działanie można rozszerzyć o miesiące wiosenno-letnie i letnio-jesienne” – informuje ekspert. To właśnie budowa kolektorów próżniowych powoduje, że tracą one o wiele mniej ciepła od kolektorów płaskich, co jest o tyle ważne, że im większa różnica między temperaturą absorbera a temperaturą otoczenia, tym sprawność kolektorów maleje. Gdy zatem na dworze będzie zimno, a nasłonecznienie małe, kolektory próżniowe będą pracować o wiele wydajniej od kolektorów płaskich, które – zwraca uwagę ekspert – „w okresie zwiększonej wietrzności albo chłodu oddają ciepło zyskane z promieniowania słonecznego”.

Jednak konstrukcja kolektorów próżniowych nie jest pozbawiona wad. Ponieważ wykorzystana w nich próżnia zapobiega oddawaniu nadmiaru ciepła do otoczenia, latem może dochodzić do przegrzewania instalacji solarnej, co grozi jej uszkodzeniem. Dzieje się tak na przykład w przypadku, kiedy zainstalujemy kolektory o zbyt dużej – w stosunku do naszych potrzeb – powierzchni pochłaniającej energię słoneczną czy też choćby z powodu długotrwałego braku prądu. Tymczasem kolektorów płaskich problem przegrzewania dotyczy w mniejszym stopniu. Jednak wszystko zależy od właściwego doboru pojemności podgrzewanego zbiornika wody do powierzchni zastosowanych urządzeń.

Czy większy kolektor znaczy lepszy?

O efektywności kolektora nie decyduje oczywiście wyłącznie jedynie jego typ. Istotne znaczenie ma także powierzchnia apertury, czyli tych części kolektora, które odbierają promienie słoneczne. W kolektorach płaskich zazwyczaj jest ona większa. Może się więc tak zdarzyć, że kolektor płaski – mimo że mniej sprawny – dzięki większej powierzchni apertury będzie odbierał z otoczenia więcej ciepła od kolektora próżniowego i pracował lepiej. Podobnie kilka kolektorów płaskich zwykle będzie wydajniejszych od jednego kolektora próżniowego. Warto jednak pamiętać, by nie kierować się wyłącznie rozmiarem urządzenia. Powierzchnia apertury to bowiem nie to samo, co powierzchnia całkowita kolektora – nie wszystkie części urządzenia przyjmują z otoczenia energię. Przyjmuje się, że w instalacjach wykorzystywanych do ogrzewania wody użytkowej w domach jednorodzinnych zamieszkiwanych przez trzy, cztery osoby łączna powierzchnia apertury powinna wynosić około 3 m2 w przypadku kolektorów próżniowych, a około 4-4,5 m2 w przypadku kolektorów płaskich.

Pod względem wielkości urządzeń, kolektory płaskie są z reguły większe niż próżniowe, co wpływa korzystnie na ich wydajność, ale utrudnia montaż i naprawę. Kolektory próżniowe mają natomiast tę zaletę, że łatwo je zainstalować, a w przypadku uszkodzenia którejś z rur można ją bez problemu wymienić i nie powoduje to konieczności wyłączania całego urządzenia – jest ono w stanie przez cały czas pracować. Jeśli zaś uszkodzeniu uległby kolektor płaski – w celu naprawy – trzeba by go zdemontować. Nie zdarza się to jednak często – jak zaznacza Andrzej Karpiński. – „Kolektory płaskie są znacznie trwalsze od próżniowych, bowiem szyba, przez którą przenika promieniowanie słoneczne, jest zazwyczaj szybą hartowaną i miewa nawet 3,5, a często do 4 mm grubości, co sprawia, że gradobicie czy jakiś kamień niefortunnie wystrzelony spod opony nie zdewastują tego kolektora. Nie można tego niestety powiedzieć o kolektorach próżniowych, którym nawet zwykłe gradobicie potrafi wyrządzić sporo szkód”. Aby zyskać pewność, że urządzenie będzie wydajne i odporne na uszkodzenia mechaniczne, przy zakupie należy zwrócić uwagę na jakość wykonanych elementów. Najlepszą gwarantują zazwyczaj firmy renomowane, o ugruntowanej pozycji na rynku.

Cena a wydajność

W tym miejscu należy wspomnieć o jeszcze jednej ważnej zmiennej, którą należy wziąć pod uwagę przy wyborze urządzenia, czyli o cenie. Zestawy dostępne na polskim rynku kosztują od około tysiąca do nawet kilkunastu tysięcy złotych, przy czym – jak zaznacza ekspert – „kolektory próżniowe są mniej więcej dwukrotnie droższe od kolektorów płaskich o tej samej powierzchni absorbera netto”. Jednak różnice cenowe niekoniecznie przekładają się na różnice w wydajności. Oczywiście, w przypadku kolektorów próżniowych cena jest z reguły wyższa, ale nie aż dwukrotnie. Średnio w skali roku kolektory te są wydajniejsze o mniej więcej 30%. Problem w tym, że przewagę nad kolektorami płaskimi uzyskują głównie w okresach przejściowych (latem jest na odwrót), przy niskiej temperaturze powietrza i dużym zachmurzeniu. Ponieważ jednak w takich warunkach do absorbera i tak dociera mało promieni słonecznych, a dni są stosunkowo krótkie, to przewaga jakościowa tylko w stosunkowo niewielkim stopniu przekłada się na zyski ciepła dla domu. Przy porównaniu stosunku ceny urządzenia do jego wydajności, kolektory płaskie wygrywają zatem z próżniowymi – pozyskiwane z nich ciepło jest tańsze.