Który kolektor słoneczny opłaca się wybrać bardziej? Płaski czy próżniowy?

Popularna w ostatnich latach staje się zwłaszcza energia słoneczna. Pozwala nam ona ogrzać wodę użytkową, basen czy też wspomóc centralne ogrzewanie. Samo promieniowanie słońca jednak nie wystarczy. Potrzebujemy jeszcze kolektora słonecznego. Zakup tego urządzenia to poważna inwestycja, dlatego przed podjęciem decyzji należy dokonać skrupulatnej analizy i ustalić, który typ kolektora będzie dla naszego domu najkorzystniejszy.

Rodzaje kolektorów słonecznych

Mówiąc w skrócie, kolektory słoneczne to urządzenia, które pozwalają przekształcać energię promieniowania słonecznego w energię wykorzystywaną w naszych domach, np. do ogrzewania wody służącej do mycia. Ogólna zasada działania kolektorów jest taka sama. Ciepło promieni słonecznych pochłaniane jest przez absorber i przekazywane do rurek, przez które przepływa czynnik grzewczy (zwykle glikol). Nagrzana ciecz jest następnie transportowana do dalszej części instalacji solarnej. Kolektory słoneczne różnią się natomiast budową, która decyduje o ich funkcjonalności. Ma to kluczowe znaczenie przy wyborze typu urządzenia. Wyróżniamy dwa podstawowe rodzaje kolektorów: płaskie i próżniowe (próżniowo-rurowe).

Jak zbudowane są kolektory?

Kolektor płaski ma kształt prostokątnej, płaskiej (stąd nazwa urządzenia) skrzynki, której wierzch stanowi szklana osłona o bardzo wysokiej przepuszczalności promieni słonecznych i dużej odporności na uszkodzenia mechaniczne. Pod szkłem znajduje się absorber – ciemna płyta zbudowana z miedzi, mosiądzu lub aluminium. Świetnie pochłania ona promieniowanie słoneczne i emituje małe ilości ciepła. Do absorbera przylegają (zwykle miedziane) rury, przez które przepływa glikol, odbierający ciepło z absorbera. Dno i boczne ścianki kolektora wypełnia najczęściej izolacja, wykonana zazwyczaj z wełny mineralnej, która zapobiega utracie ciepła. Całość otoczona jest obudową, chroniącą urządzenie przed wpływem czynników zewnętrznych.
Kolektor próżniowy zbudowany jest z kolei z szeregu ułożonych równolegle rur szklanych, w których znajduje się absorber, pochłaniający z otoczenia ciepło słoneczne. Jego utracie 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 transportuje je do dalszej części instalacji. Istotnymi elementami kolektora są również obudowa, zabezpieczająca go przed czynnikami zewnętrznymi, oraz rama montażowa. Niektóre modele wyposażone są ponadto w lustro paraboliczne, które odbija promienie słoneczne w stronę absorbera.

Czytaj również: Czy Polacy będą instalować mikroelektrownie słoneczne?

Budowa a efektywność

„Budowa kolektorów ma znaczenie dla ich działania i wydajności. Kolektory płaskie najlepiej sprawdzają się w okresach o największym promieniowaniu, czyli od mniej więcej marca do końca września” – mówi Andrzej Karpiński, kierownik Działu Kogeneracji i doradca techniczny w firmie Wolf Technika Grzewcza. Duża efektywność kolektorów płaskich w tych miesiącach wynika z wysokiej tzw. sprawności optycznej – parametr ten określa, jak wiele energii słonecznej docierającej do urządzenia jest zamieniane na ciepło. „Kolektory próżniowe w tym okresie również sprawdzają się całkiem nieźle, a ich działanie można rozszerzyć o miesiące wiosenno-letnie i letnio-jesienne” – informuje ekspert. Umożliwia to właśnie budowa kolektorów próżniowych, która powoduje, że tracą one o wiele mniej ciepła od kolektorów płaskich. Jest to o tyle ważne, że im większa różnica między temperaturą absorbera a temperaturą otoczenia, tym sprawność kolektorów maleje. Gdy więc na dworze 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”.

Konstrukcja kolektorów próżniowych nie jest jednak pozbawiona wad. Ponieważ wykorzystana w nich próżnia zapobiega oddawaniu nadmiaru ciepła do otoczenia, w lecie może dochodzić do przegrzewania instalacji solarnej, co grozi jej uszkodzeniem. Dzieje się tak np. wtedy, kiedy zainstalowaliśmy kolektory o zbyt dużej – w stosunku do naszych potrzeb – powierzchni pochłaniającej energię słoneczną czy też choćby z powodu długotrwałego braku prądu. Kolektorów płaskich problem przegrzewania dotyczy w mniejszym stopniu. Wszystko zależy jednak od właściwego doboru pojemności podgrzewanego zbiornika wody do powierzchni zastosowanych urządzeń.

Czytaj również: Rozwój energetyki wiatrowej

Czy większy znaczy lepszy?

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

Jeśli chodzi o gabaryty urządzeń, kolektory płaskie są z reguły większe niż próżniowe. Wpływa to korzystnie na ich wydajność, ale utrudnia montaż i naprawę. Kolektory próżniowe mają za to 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 uszkodzeniu uległby natomiast kolektor płaski – w celu naprawy – trzeba by go zdemontować. Nie zdarza się to jednak często. Jak zaznacza Andrzej Karpiński: „Kolektory płaskie są zdecydowanie trwalsze od kolektorów próżniowych. Szyba, przez którą przenika promieniowanie słoneczne, zazwyczaj jest szybą hartowaną. Miewa nawet 3,5, często do 4 mm grubości. Sprawia to, że gradobicie czy jakiś kamień niefortunnie wystrzelony spod opony nie zdewastują tego kolektora. Niestety nie można tego powiedzieć o kolektorach próżniowych, którym nawet zwykłe gradobicie potrafi uczynić sporo szkód”. Aby mieć pewność, że urządzenie będzie wydajne i odporne na uszkodzenia mechaniczne, przy zakupie należy zwrócić uwagę na jakość wykonanych elementów. Najlepszą gwarantują zwykle firmy renomowane, o ugruntowanej pozycji na rynku.

Czytaj również: Energooszczędne nawyki

Cena a wydajność

W tym miejscu trzeba wspomnieć o jeszcze jednej ważnej zmiennej, którą należy wziąć pod uwagę przy wyborze urządzenia. Mowa o cenie. Zestawy dostępne na naszym rynku kosztują od ok. tysiąca do nawet kilkunastu tysięcy zł, przy czym – jak zaznacza ekspert – „kolektory próżniowe będą mniej więcej dwukrotnie droższe od kolektorów płaskich o tej samej powierzchni absorbera netto”. Różnice cenowe niekoniecznie przekładają się jednak na różnice w wydajności. Oczywiście, w przypadku kolektorów próżniowych jest ona z reguły wyższa, ale nie aż dwukrotnie. Średnio w skali roku są one wydajniejsze o mniej więcej 30%. Problem w tym, że swą 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 promieni słonecznych i tak dociera do absorbera mało, a dni są stosunkowo krótkie, ta 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 więc z próżniowymi. Pozyskiwane z nich ciepło jest tańsze.