Colectoarele solare sunt utilizate într-un număr tot mai mare de gospodării germane. Ei absorb energia solară și o transformă în căldură. Indiferent dacă este utilizat pentru a genera apă caldă sau pentru a sprijini încălzirea - domeniile de aplicare sunt diverse și reprezintă un pas către o viață durabilă.
Colectoarele solare (solare termice) și celulele solare (fotovoltaice) pot stoca energia soarelui și o pot transforma în căldură (solar termică) sau electricitate (fotovoltaică). Aceasta este o mare realizare, deoarece steaua din centrul sistemului solar este o sursă uriașă de energie: în fiecare zi, în jurul valorii de 1,8 x 1,014 kilowați lovesc pământul. Noi, oamenii, nici măcar nu avem nevoie de atât de multă energie - o producție de energie de 1.010 kilowați acoperă deja cerințele globale și obținem de aproximativ 10.000 de ori mai multă energie în fiecare zi.
Deși utilizarea energiei solare a început în antichitate și precursorul colectoarelor solare de astăzi a fost inventat în secolul al XIX-lea, utilizarea reală a tehnologiei solare termice în Europa a început abia în timpul crizei petrolului din 1973. În acel moment, au fost căutate alternative la încălzirea petrolului, deci doar câțiva ani apoi primele panouri solare au intrat pe piață. Majoritatea erau prea scumpe și fiabile din punct de vedere tehnic.
Dar s-au întâmplat multe în ultimii 45 de ani. Colectoarele solare se găsesc acum pe multe acoperișuri ale casei și reprezintă o modalitate bună de a genera căldură suplimentară.
Datorită aspectului discret, colectoarele solare sunt acum potrivite pentru orice soluție arhitecturală. Integrarea acoperișului s-a dovedit de-a lungul anilor și oferă protecție împotriva vântului și intemperiilor.
Structura și funcția colectorului solar
Pentru a folosi energia soarelui pentru încălzirea apei sau pentru încălzire, este necesar un sistem solar termic. Atenție: un al doilea generator de căldură este întotdeauna necesar, deoarece energia generată de sistemul solar termic nu este suficientă, mai ales iarna. Scump, dar singura alternativă: economisiți căldura soarelui cu rezervoare uriașe în timpul iernii.
Inima unui sistem solar este colectorul. În interior există un absorbant care captează radiația solară și se încălzește în acest proces. Acest lucru creează căldură, care la rândul său este transferată către un purtător de căldură. Mediul de transfer de căldură este un lichid (lichid solar), constând de obicei din apă și propilen glicol. Scopul principal al propilen glicolului este de a preveni înghețarea apei în timpul iernii și încălzirea în timpul verii. Lichidul încălzit este pompat prin conducte prin absorbant și apoi în rezervorul de stocare solar. De cele mai multe ori, absorbantul este izolat lateral și dedesubt pentru a preveni pierderea de căldură.
Tipuri de panouri solare
În funcție de spațiul de instalare și de buget, puteți alege între două modele de bază: colectorul de plăci plate și colectorul de tuburi.
Colector de plăci plate
- absorbant
Colectorul de plăci plate este utilizat foarte des. Conține un absorbant plat, continuu, realizat, de exemplu, din metal înnegrit, pe spatele căruia sunt atașate conductele de apă, astfel încât să conducă căldura. Câte raze solare sunt absorbite de absorbant depinde de material, formă, dispunerea tuburilor și acoperire. Panourile absorb cel mai bine razele soarelui atunci când materialul este cât se poate de negru, subțire și conductiv termic.
- Mediu de transfer de căldură
Apa circulantă este îmbogățită cu agenți antigel, cum ar fi propilena sau etilen glicolul, astfel încât temperaturile de îngheț să nu spargă conductele. Cu toate acestea, aditivii ar trebui să fie neutri din punct de vedere ecologic.
- Carcasă colector
Absorberul se sprijină într-o cutie bine închisă, care păstrează umezeala și praful. Carcasa trebuie să fie din material rezistent la coroziune.
- Stratul de izolare
Carcasa este căptușită cu un material ușor, dar rezistent. Trebuie să aibă o valoare U redusă și să reziste la temperaturile ridicate din colector. Panourile din spumă dură în legătură cu covorașele din lână minerală, dar și lâna de oaie și stâncă sunt răspândite. Aveți grijă la ingredientele care dezgasifică: acestea formează un precipitat în interiorul geamului și reduc incidența luminii.
- Capacul de sticlă
Cutia colectorului este acoperită cu o placă de sticlă. Așa-numitul grad de transmisie este important pentru selectarea sticlei. Indică câtă radiație de lumină lasă să treacă sticla. Sticla trebuie să atingă o valoare de 0,9. În acest scop, se folosește sticlă întărită, cu conținut scăzut de fier. De obicei este structurat astfel încât să nu uimească. De câțiva ani au existat ochelari antireflex care au o permeabilitate mai mare decât ochelarii structurați. Cu toate acestea, costă puțin mai mult.
Colector de tuburi de vid
Colectoarele de tuburi de vid constau dintr-un număr mare de tuburi de vid care sunt înconjurate de reflectoare metalice. Lumina soarelui este astfel reflectată de reflectoare în tub. Acestea conțin un absorbant întunecat. Deoarece tuburile sunt evacuate, pierderile de căldură sunt reduse la minimum. În plus, pe o zonă mai mică apar temperaturi mai ridicate. Colectorul funcționează eficient chiar și în lumina soarelui difuză. Colectoarele de tuburi, de exemplu, generează la fel de multă apă caldă pe 3,5 metri pătrați ca colectoarele cu plăci plate pe o suprafață de cinci metri pătrați. Vara, acest lucru este aproape complet suficient pentru a încălzi apa unei familii de patru persoane. Peste un an, 60% din nevoile familiei de apă caldă sunt satisfăcute. Dezavantaj: Colectorul de tuburi costă de două ori mai mult decât un colector de plăci plate.
Când vine vorba de colectoare de tuburi, trebuie remarcat faptul că există două tipuri diferite pe care le vom introduce mai jos:
- Principiul conductei de căldură
Fiecare tub închis formează un circuit închis. Razele soarelui care lovesc absorbantul din tub determină evaporarea unui lichid special. În partea de sus a tubului, aburul se răcește pe un schimbător de căldură. Aburul lichefiază din nou. Lichidul din tub curge înapoi în jos - evaporarea începe din nou. Căldura eliberată în proces încălzește fluidul care circulă care trece pe lângă schimbătorul de căldură. Sistemul de conducte de căldură necesită un unghi minim de înclinare de aproximativ 30 la sută pentru ca circuitul să funcționeze.
- Tuburi cu flux direct
Cu acest sistem, soarele încălzește direct fluidul de transfer de căldură din tubul absorbant din mijlocul tubului. Mediul de transfer de căldură trece prin mai multe tuburi. Un mare avantaj al acestui sistem este că tuburile pot fi montate vertical și orizontal.
Colectoarele de tuburi de vid oferă randamente optime de energie chiar și atunci când există puțină radiație solară și în sezonul rece.
De ce condiții depinde randamentul?
Randamentul anual al unui colector solar depinde de mai mulți factori:
- Condițiile climatice: pot exista diferențe considerabile între locațiile individuale din Germania. Există locații cu peste 1.000 de kilowați-oră pe metru pătrat pe an și locații cu mai puțin de 900 de kilowați-oră pe metru pătrat pe an.
- Orientarea: cea mai bună este o orientare spre sud și un unghi de înclinare de aproximativ 45 de grade.
- Umbre din alte clădiri sau copaci.
- Poluare: Ploaia și zăpada îndepărtează de obicei o mare parte din murdărie. Cel mai bine este să folosiți detergenți blândi și o perie moale împotriva petelor încăpățânate. Evitați să folosiți produse de curățat de înaltă presiune.
Dimensiunea colectoarelor pentru încălzirea apei
Oricine folosește colectoare cu plăci plate are nevoie de 1,5 metri pătrați de suprafață de colector per persoană în gospodărie pentru a încălzi apa. Pentru colectoarele de tuburi mai puternice, este suficient 1 metru pătrat pe cap. Regula generală pentru dimensiunea rezervorului de stocare a apei: Calculați 40 de litri de apă caldă de 45 de grade Celsius pe persoană și zilele 2. O gospodărie de 4 persoane poate trece cu 6 metri pătrați de colectoare plate sau 4 metri pătrați de tuburi și un rezervor de stocare cu 300 de litri. Cost: în jur de 3.500 de euro.
Încălzire cu căldură solară
Pentru a utiliza căldura solară pentru încălzirea spațiului, calculați 3 până la 4 metri pătrați de suprafață a colectorului de persoană în case bine izolate. Rezervorul de stocare trebuie să conțină aproximativ 60 de litri pe metru pătrat de suprafață a colectorului, puțin mai mare pentru colectoarele de tuburi. Cost: de la aproximativ 6.000 de euro. Într-o casă bine izolată, sistemul solar de încălzire poate furniza până la 25 la sută din energie pentru încălzire și apă caldă.
Efectul zăpezii
Odată ce panourile solare sunt acoperite de zăpadă, de obicei nu mai produc niciun randament. Cu toate acestea, de multe ori, oricum nu există randament în aceste zile, deoarece radiația solară este de obicei prea mică.
Cu colectoarele de tuburi, totuși, un randament bun este încă posibil în zilele senine și reci, astfel încât îndepărtarea zăpezii poate avea sens.
Dacă colectorul solar este acoperit cu zăpadă, de obicei nu preia nicio lumină solară și, prin urmare, nu poate stoca nicio energie sub formă de căldură.
Eficiența colectoarelor solare și a celulelor solare în comparație
Ce mai este - colectoare solare sau celule solare? Experiența a arătat că colectoarele solare sunt semnificativ mai eficiente decât modulele fotovoltaice. Colectorii solari ating eficiențe de aproximativ 90%, cu pierderi de căldură de puțin sub 50%. Cu toate acestea, acest lucru este încă mai bun decât eficiența unui sistem fotovoltaic cu o eficiență de numai 20%. Motivul pentru aceasta este că lumina soarelui acoperă un spectru larg. Orice tip de radiație poate fi transformat în căldură. Cu toate acestea, sistemele fotovoltaice pot converti doar o mică parte a radiației în electricitate.