Kolektory słoneczne i ogniwa fotowoltaiczne, czyli darmowa energia w domu

Obydwa rozwiązania należą do tzw. systemów solarnych, czyli pozyskujących i wykorzystujących darmową energię słoneczną. Mogą funkcjonować samodzielnie – jako jedyne źródło prądu (instalacja fotowoltaiczna) lub jako system uzyskania ciepłej wody użytkowej (kolektory słoneczne na ciepłą wodę). Mogą także być wykorzystane jako system wspomagający tradycyjne instalacje grzewcze lub elektryczne, funkcjonujące w domu.

Oprócz zdolności wykorzystania energii słonecznej obie technologie łączy również wspólna lokalizacja – elementy obu systemów umieszcza się zwykle na dachu lub niezależnych konstrukcjach. Mogą się one wzajemnie uzupełniać, ale różnice w ich działaniu są kluczowe.

• Kolektory słoneczne (solary) – pobierają energię słoneczną i zamieniają ją na energię cieplną (konwersja fototermiczna). Absorber, pochłaniając padające na niego promienie słoneczne, przekazuje je cieczy solarnej, która podgrzana, oddaje swoje ciepło w postaci ciepłej wody (c.w.u.). Skuteczność działania kolektorów jest ściśle związana z kierunkiem, w który jest zwrócony absorber i jakości nasłonecznienia danej lokalizacji. Ogrzewanie solarne jest najbardziej wydajne na południowej ekspozycji i w okresie silnego nasłonecznienia.

• Panele fotowoltaiczne – światło padające na ich powierzchnię zostaje zmienione w energię elektryczną (konwersja fotowoltaiczna). Fotony ze światła słonecznego zderzają się z elektronami znajdującymi się w ogniwach fotowoltaicznych. Różnica napięcia generuje prąd stały przekazywany do tzw. inwertera (falownika), który następnie zamienia napięcie ze stałego na zmienne, możliwe do wykorzystania w większości urządzeń codziennego użytku. Pojedynczy panel składa się z wielu ogniw fotowoltaicznych. Skuteczność instalacji fotowoltaicznej jest niezależna od nasłonecznienia. Wystarczy, że będzie jasno, dzięki czemu panele wyprodukują prąd również w pochmurne dni oraz zimą. Jednak ilość wytworzonego prądu zależy od intensywności oświetlenia oraz kąta nachylenia paneli.

Obydwa rodzaje instalacji solarnych często tworzą tzw. układy dualne, łączone z tradycyjnymi sposobami ogrzewania. Przykładem jest woda użytkowa, która w trakcie krótkich, pochmurnych dni podgrzewana jest np. gazem, a w okresach intensywnego nasłonecznienia funkcję tę przejmuje instalacja solarna.

Ze względu na konstrukcję kolektorów słonecznych rozróżnia się płaskie i próżniowe:

• Kolektory słoneczne płaskie – absorber pochłaniający promieniowanie słoneczne ma postać płaskiej, metalowej płyty. Jej spodnia część przylega do rurek, w których krąży czynnik solarny odbierający ciepło i oddający je w zasobniku wody c.w.u. Górna część płyty absorbera zabezpieczona jest taflą szkła.
• Kolektory słoneczne próżniowe – zbudowane z kilku części, z których każda umieszczona jest w próżniowej rurze pełniącej funkcję izolacji termicznej. Rurki są połączone szyną, zawierającą czynnik roboczy odbierający ciepło i oddający je w zbiorniku c.w.u.

Panele fotowoltaiczne prezentują dwie odmienne konstrukcje, łatwe do rozróżnienia ze względu na odmienne barwy: niebieską i czarną.

• Panele monokrystaliczne – wydajne, trwałe, zbudowane z dużych monokryształów krzemu o ciemnoniebieskiej lub czarnej barwie. Ich kwadratowy (ze ściętymi narożnikami) kształt powstaje w wyniku pocięcia na plastry krzemowego bloku.
• Panele polikrystaliczne – kwadratowe panele zbudowane z polikryształu krzemu (powstającego w wyniku połączenia wielu monokryształów). Nieco mniej sprawne i odporne od poprzedników, ale o niższej cenie.

Głównym warunkiem dla prawidłowego działania solarów dachowych jest wybór najlepszej możliwej lokalizacji dla ich zainstalowania oraz właściwe oszacowanie powierzchni kolektorów. Zobacz, gdzie zazwyczaj montuje się kolektory:

• na dachu – kolektory umieszczone są na specjalnej konstrukcji, przymocowanej do dachu,
• jako część dachu – kolektory wpuszczane w połać dachową, są oparte na kontrłatach i wymagają wykonania obróbki dachowej,
• na niezależnych konstrukcjach – ten sposób praktykowany jest podczas instalacji na płaskim dachu lub innej równej i odpowiednio nasłonecznionej powierzchni.

Kolejnym istotnym punktem, który przyczynia się do wysokiej efektywności solarów, jest odpowiedni montaż. O czym pamiętać przed rozpoczęciem instalacji? Przede wszystkim sprawdź:

• stan techniczny dachu – ewentualna renowacja dachu będzie wymagała demontażu kolektorów,
• wytrzymałość dachu – fachowcy powinni sprawdzić, czy dach ma wystarczającą nośność,
• ilość miejsca – kolektory muszą mieć odpowiednią ilość miejsca, aby nie zacieniać się wzajemnie,
• ekspozycję – kolektory będą działać najefektywniej, jeśli skierujesz je na południe, ewentualnie na wschód lub zachód.

Warto zdecydować się na pomoc fachowców przy wyborze i montażu kolektorów. Samodzielny montaż wymaga szczególnej uwagi, często też niestety wiąże się ze skróceniem lub nawet utratą gwarancji. Ewentualne błędy mogą skutkować pogorszeniem jakości pracy całego układu.

Montaż instalacji fotowoltaicznej można podzielić na kilka etapów.

• Montaż konstrukcji nośnej – to najczęściej aluminiowa konstrukcja, która daje solidne podparcie panelom. Jeżeli panele montowane są na ziemi, konstrukcja ma specjalny balast, zapobiegający przewróceniu.
• Montaż paneli fotowoltaicznych – są najważniejszą częścią całego układu. Ich liczba zależy od zapotrzebowania na energię w danym budynku. Jeżeli powierzchnia dostępna do montażu jest niewystarczająca do pomieszczenia wszystkich paneli, możliwe jest zastosowanie wysokowydajnych ogniw. Niestety łączy się to z większym wydatkiem. Podczas montażu należy wziąć pod uwagę, że moduły fotowoltaiczne pracują wydajniej, jeśli są zamontowane pod kątem 35-40 stopni. Przy montażu na powierzchniach płaskich, panele należy umieścić w odpowiedniej odległości od siebie. Żaden panel nie może zasłaniać sąsiednich, ponieważ powoduje to znaczny spadek wydajności całej instalacji.
• Instalacja inwertera – falownik powinien znajdować się jak najbliżej paneli np. na ścianie.
• Podłączenie instalacji do sieci – w przypadku instalacji paneli fotowoltaicznych masz obowiązek złożenia oświadczenia o wykonaniu mikroinstalacji. Zgłoszenia należy dokonać u własnego dystrybutora. Instalacja do 40 kW jest podłączana na koszt operatora sieci. Nie wymaga również pozwolenia na budowę.

Jak połączyć panele fotowoltaiczne?

• Szeregowe łączenie paneli – większość paneli jest łączona w ten sposób – kabel musi przejść przez każdy panel, łącząc dodatni styk jednego z ujemnym następnego itd. Tylko pierwszy i ostatni panel łączony jest z inwerterem. Takie połączenie umożliwia podniesienie napięcia i zwiększenie sprawności układu.
• Równoległe połączenie paneli – oznacza łączenie przewodów na zasadzie plus z plusem, minus z minusem. W takim połączeniu sprawność układu z czasem maleje i wymaga zastosowania odpowiednio grubych i możliwie krótkich przewodów, aby zminimalizować straty. Połączenie jest stosowane w sytuacji, kiedy z różnych powodów nie można przekraczać określonego napięcia.

Systemy fotowoltaiczne są stosunkowo nowym rozwiązaniem. Nie ulega wątpliwości, że odpowiednio zaprojektowana instalacja pokryje dużą część lub nawet całoroczne zapotrzebowanie na energię. Dodatkowo panele są długowieczne – producenci na ogół dają na nie 25 lat gwarancji. Efektywność instalacji co prawda stale się zmniejsza, ale są to nieznaczne ubytki sprawności systemu w skali roku.

A co, jeżeli nie mam idealnie nasłonecznionego dachu?

Zazwyczaj cała instalacja fotowoltaiczna ma jeden inwerter. Ten fakt korzystnie wpływa na cenę całości, ale jednocześnie stanowi jego najsłabsze ogniwo. Jeżeli jeden panel znajdzie się w cieniu, osłabi znacznie wydajność pozostałych. Wyjściem są tzw. mikroinwertery w liczbie równej liczbie paneli, dzięki temu każdy z nich działa prawie niezależnie. Korzystnie wpływa to na wydajność, ale podnosi cenę inwestycji.

Ile kolektorów słonecznych potrzeba dla 4-osobowej rodziny?

Zazwyczaj wystarczają 2-3 kolektory o powierzchni zabudowy ok. 2 m2, jednak wartości te mogą się znacznie różnić w zależności od indywidualnego zapotrzebowania użytkowników na ciepłą wodę.

Czym myć panele fotowoltaiczne?

Ułożone pod odpowiednim kątem panele fotowoltaiczne same oczyszczają się z zalegającego kurzu, śniegu i brudu. Proces oczyszczania wspomagają także regularne opady deszczu. Jednak aby poradzić sobie z większymi zabrudzeniami, które wpływają na efektywną pracę paneli, należy użyć specjalnych środków dedykowanych przez producenta albo delikatnego roztworu wody z octem. Panele czyści się miękką gąbką lub szczotką.

Czym zasłonić kolektory słoneczne?

W okresie letnim kolektory słoneczne są narażone na przegrzanie. Takie zjawisko występuje, gdy urządzenie produkuje większą ilość ciepła niż gospodarstwo może wykorzystać albo gdy zalega z odbiorem ciepła. Wówczas płyn znajdujący się w kolektorach może się zagotować, wpływając na szybsze zużywanie się instalacji. Kolektory znajdujące się na dachu można ochronić przed przegrzaniem, zasłaniając specjalną roletą, a instalacje naziemne wystarczy przykryć plandeką. Niektóre kolektory mają dodatkową warstwę substancji chroniącej je przed przegrzaniem.

Ile kosztuje ogrzewanie solarne?

Zazwyczaj koszt instalacji fotowoltaicznej jest większy niż założenie kolektorów słonecznych. Jednak cena w obydwu przypadkach jest uzależniona od liczby potrzebnych paneli, ich rodzaju (np. panele fotowoltaiczne o zwiększonej wydajności), skomplikowania montażu i innych kwestii. Koszt instalacji składającej się z 2 kolektorów, zasobnika o pojemności 300 l, a także niezbędnego osprzętu i montażu zazwyczaj zawiera się w granicach 8-12 tys. złotych. Natomiast cena instalacji fotowoltaicznej o mocy 3 kW może wynosić już 15-20 tys. złotych.