Kolektory słoneczne w zimie. Styczniowe waty.

———————————————————————————————-——————-—————————————————————

zobacz artykuł w formacie pdf >>> str. 23 >>> str. 24 >>> str. 25
———————————————————————————————-——————-—————————————————————

Kolektory słoneczne – jak sama nazwa mówi aby mogły pracować, potrzebują energii słonecznej. Energię pozyskują w słoneczny dzień, kiedy to energia naszej najbliższej gwiazdy zamieniana jest na ciepło. W naszych szerokościach geograficznych – w naszej strefie klimatycznej mamy bardzo wyraśny podział pomiędzy „porę ciepłą” i „porę zimną”. Oczywiście, występują również okresy przejściowe, jednak zmieniające się warunki klimatyczne przyczyniają się do skracania tych okresów. W zagadnieniach związanych z energetyką słoneczną mówimy o półroczu letnim (kwiecień – wrzesień) i zimowym (październik – marzec). Podział taki wynika z ilości dostępnej energii słonecznej. W tym momencie warto przytoczyć fakt, iż 80% promieniowania przypada na półrocze letnie. Zatem na obecny czas przypada zaledwie… 20% energii.Wielkością, która obrazowo opisuje ilość docierającej energii, jest natężenie promieniowania słonecznego. Nie pokrywa się ona ściśle z usłonecznieniem. Dla Warszawy w półroczu zimowym osiąga wartość 195 kWh (wobec 748 kWh dla półrocza letniego). Jest to wartość jedna z niższych w kraju (mniej energii dochodzi w Gdyni 184 kWh). Najwięcej energii dochodzi do Zakopanego 281 kWh (wobec 794 kWh dla półrocza letniego). Reasumując, ilość energii dochodząca do 1 m2 powierzchni płaskiej w półroczu zimowym jest blisko 4-krotnie mniejsza niż w letnim i wynosi średnio 230 kWh. W tematyce związanej z energią słoneczną oprócz natężenia promieniowania słonecznego w ciągu roku funkcjonuje nasłonecznienie – czyli tzw. liczba godzin słonecznych. Określa ona efektywny czas pracy instalacji – czyli wtedy, gdy opłacalne jest wykorzystanie energii promieniowania słonecznego (energia pozyskana od słońca przewyższa nakłady energii na przepływ czynnika). Funkcjonują różne zakresy określające graniczny poziom natężenia promieniowania słonecznego, od którego rejestruje się ten czas. Jednym z nich jest poziom 120 W/m2, innym 200 W/m2. Wartość uzależniona jest od rodzaju urządzenia (np. heliograf Cambella – Stockesa rozpoczyna renymi” dla wykorzystania energii słonecznej w półroczu chłodnym są południowe krańce Polski – w których ilość energii oraz usłonecznienie jest na poziomie wyższym niż średnia krajowa.  Moc promieniowania charakteryzuje moc, jaka dociera do płaszczyzny w danym momencie. Podobnie jak ilość energii jest mocno ograniczona w miesiącach zimowych. Tabela 1 pokazuje w formie szacunkowej z jakim poziomem mocy możemy mieć do czynienia w zależności od stopnia zachmurzenia. Moc, jaka jest charakterystyczna dla miesięcy chłodnych, jest z przedziału 300-400 W i mniej (nierzadko poniżej 50 W). Duża część tego promieniowania jest rozproszona – co znacznie ogranicza możliwość praktycznego jego wykorzystania. Reasumując: z przedstawionych powyżej faktów wynika, iż półrocze rejestrować usłonecznienie od poziomu 209 W/m2). Z punktu widzenia pracy instalacji kolektora słonecznego poziom 200 W/m2 wydaje się być bardziej prawidłowy. Suma godzin słonecznych w półroczu zimowym ograniczona jest (na przykładzie Warszawy) do 380 godzin (przy 1200 h dla półrocza letniego). Dla innych lokalizacji nie jest wcale lepiej, np. Kołobrzeg 400 (do 1220) czy Zakopane 520 (do 940). Widzimy, iż zimowe dni w górach niosą ze sobą więcej energii niż na terenach równinnych. Reasumując: usłonecznienie w półroczu zimowym jest blisko 3-krotnie mniejsze niż w letnim i wynosi średnio 400 h. „Obszarami uprzywilejowa zimowe charakteryzuje się mało korzystnymi warunkami helioenergetycznymi. Najmniej energii dochodzi w grudniu i styczniu, nieco więcej w lutym. Spowodowane jest to znacznie skróconym czasem operacji słonecznej (podczas najkrótszego dnia czas ten skraca się poniżej 8 h, gdy dla dni letnich jest rzędu 16).  Temperatura jest kolejną wartością środowiskową, która wpływa na pracę kolektora. W klimacie Polski najchłodniejszym miesiącem jest styczeń, a następnie luty. Temperatury w południowej Polsce zaliczane są do najniższych w kraju. Doświadczenia, przedstawione w dalszej części artykułu, pokazują, iż w lutym znacznie więcej pozyskuje się energii z kolektora niż np. w grudniu i styczniu, a w miesiącach zimowych w rejonach górskich otrzymuje się ponadprzeciętne uzyski energii pozyskanej ze słońca. Te fakty potwierdzają, iż wpływ temperatury jest mniejszy niż wymienionych wcześniej warunków helioenergetycznych na ilość pozyskiwanej energii.  Wykorzystanie w zimie Ogrzewanie c.w.u. Najczęściej występuje praca w systemie całorocznym w tym, oczywiście, w okresie zimowym. W miesiącach chłodnych woda wstępnie podgrzana w kolektorach musi być następnie dogrzana. Kolektory w takim działaniu sprawdzają się doskonale. Dogrzewanie c.o. Najbardziej pożądane zastosowanie, jednak ze względu na ograniczoną podaż energii słonecznej, dogrzewanie, może być stosowane głównie w okresach przejściowych (jesień, wiosna), zaś w zimie w bardzo ograniczonym zakresie. Zwiększenie powierzchni kolektorów (ponad te, które potrzebne są standardowo do wytworzenia c.w.u.) nieco polepsza sytuację. Dogrzewanie c.o. wymaga zastosowania specjalnych rozwiązań  zbiorników (tzw. kombinowane) lub użycia dodatkowego zbiornika będącego magazynem ciepła. Ogrzewanie basenu Całkowicie chybiony pomysł. Znacznie obniżona ilość energii słonecznej nie zapewni wystarczającego ogrzania basenu.  Uzysk energii słonecznej  Warunki środowiskowe, przedstawione w pierwszej części artykułu, wpływają niezaprzeczalnie na pracę instalacji kolektora słonecznego. Bazując na subiektywnych odczuciach prywatnego użytkownika małej instalacji kolektorów słonecznych służących do ogrzewania c.w.u. (dla przeciętnych warunków pogodowych), można powiedzieć, iż miesiące zimne charakteryzują się koniecznością znacznego dogrzewania. W tabeli 2 przedstawiono liczbę dni, w jakich należy dogrzewać wodę. Mimo iż spostrzeżenia przedstawione powyżej są bardzo optymistyczne, widać, iż mamy do czynienia ze znacznym niedoborem energii słonecznej na potrzeby grzewcze. Niedobór ten uzupełnić musimy zastosowaniem  dodatkowego źródła ciepła. Szczególnie listopad, grudzień i styczeń charakteryzują się niekorzystnymi warunkami. Z danych zamieszczonych na wykresie wynika, iż mamy obecnie najmniejszą podaż energii słonecznej. Reasumując: uzysk energii słonecznej w miesiącach listopad – styczeń jest bardzo ograniczony. Konieczność dogrzewania w blisko 2/3 czasu powoduje niewielki udział energii słońca w bilansie ciepła.  Techniczna strona przedsięwzięcia  Przedstawione wcześniej rozwiązania dotyczą małych instalacji wyposażonych w przeciętne kolektory płaskie. Co zrobić, aby mimo tych niesprzyjających warunków (małe natężenie promieniowania, małe usłonecznienie, niskie temperatury) móc mimo wszystko wykorzystać energię słoneczną choćby do wstępnego ogrzania wody? Należy jak najwięcej energii słonecznej „złapać”. Pomocne w tym względzie byłoby zwiększenie (na okres zimy) kąta nachylenia kolektora (rozwiązanie mało praktyczne). Aby tej energii nie stracić, należy dobrze izolować układ (szczególnie, iż różnice temperatur między ciepłym kolektorem a zimnym otoczeniem są znaczne). Mówimy tutaj o dobrej izolacji kolektora związane to jest z konstrukcją samego kolektora – jak też orurowania doprowadzającego i odprowadzającego czynnik. Dla kolektorów płaskich nie sprawdzają się konstrukcje z „ciepłych krajów” – nieizolowane lub izolowane bardzo słabo. Jeszcze lepsze efekty niż kolektory montowane na dachu osiągają kolektory wbudowane w dach. Nie ma wówczas znacznej powierzchni chłodzącej (tylna obudowa), a i design jest bardziej atrakcyjny. A może jednak kolektory próżniowe? Kreowany wizerunek kolektora próżniowego jako „dobrego na wszystko” dodaje splendoru tym urządzeniom. Czy jednak są one o tyle lepsze, aby płacić za nie blisko dwukrotną cenę dobrego kolektora płaskiego? Jak wspomniałem wcześniej szczególnie w zimie istotna jest izo (zanim „kolektor ruszy”, trwa to kilkadziesiąt minut, słońce już może być za chmurami).  Podsumowanie  lacja. Próżnia jest najlepszym izolatorem. Czy jednak próżnia (jeśli jako taka pozostanie po paru latach użytkowania w tanich chińskich kolektorach) jest w stanie zapewnić nam ciepło przy tak ograniczonym dostępie do energii słonecznej? Bardzo w to wątpię. Sprawę komplikuje jeszcze jedna sprawa. Nowoczesne kolektory próżniowe z przemianą fazową typu „heat pipe” mają długi czas reakcji – który przy krótkim okresie pracy kolektora w zimie jest niekorzystny  Czy zatem przy tak małej podaży energii słonecznej opłaca się ją efektywnie wykorzystywać? Odpowiedź na to pytanie nie jest taka prosta i oczywista, jak się wydawało. Z jednej strony energii jest naprawdę „mizernie mało” i dla instalacji zaprojektowanej na warunki letnie niewiele tej energii możemy otrzymać. Z innej zaś strony niewykorzystywanie tej energii w zimie – wtedy, kiedy jej potrzebujemy najwięcej, byłoby nieporozumieniem. Instalacji słonecznych nie stosujemy jedynie dla sezonu zimowego, lecz dla całego roku i niech tak już zostanie… 
dr inż. Krystian Kurowski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij