Układ pozycjonujący kolektora słonecznego-czy warto?

W tym artykule opowiemy sobie o zaletach obrotnicy do kolektorów słonecznych.

Zamawiając w firmie zestaw kolektorów słonecznych dostajemy w tym zestawie:

• 2 lub 3 kolektory słoneczne, najczęściej płaskie
• dwudrogowa grupa pompowa
• sterownik elektroniczny
• podgrzewacz dwuwężownicowy 200 lub 300 l (zbiornik ciepłej wody)
• rurki miedziane o średnicy 15, 18 lub 22 mm, złączki mosiężne
• naczynie wzbiorcze solarne ok. 18 l oraz naczynie wzbiorcze wodne ok. 18 l
• uchwyt dachowy lub konstrukcja wolnostojąca
• płyn solarny, ok. 5 l

Czasami opcjonalnie podgrzewacz zawiera jeszcze grzałkę elektryczną o mocy 2 kW.

Taki układ z dwoma kolektorami (każdy o powierzchni 2 m2) oraz zbiornikiem c.w.u. może dostarczyć w ciągu słonecznego dnia 200 l wody o temperaturze ok. 60 st. C. Jednak ilość ciepłej wody zależy od nasłonecznienia, dlatego m.in. kolektory słoneczne słabo spisują się w zimie. Mówiąc ilość ciepłej wody mam właściwie na myśli temperaturę ciepłej wody, gdyż zbiornik ma stałą pojemność, najczęściej 200 l. Komfortowa temperatura wody do kąpieli wynosi 45 st. C. Jeśli kolektory zagrzeją wodę do temperatury mniejszej, to nie można mówić w tym wypadku o ciepłej wodzie użytkowej c.w.u.

Oczywistym jest również, że na dnie zbiornika c.w.u. osadza się woda zimniejsza, a przy górze cieplejsza. Zbiornik powinien gromadzić wodę o jak najwyższej temperaturze, bo gorącą wodę można zmieszać z zimną uzyskując ciepłą wodę, mając natomiast letnią wodę w zbiorniku należy ją podgrzać do wymaganej temperatury, zużywając przy tym dodatkowo energię na podgrzanie.

Z punktu efektywności działania instalacji solarnej ważne jest, aby instalacja solarna pracowała z maksymalną sprawnością. Tanie kolektory słoneczne typu płaskiego osiągają sprawność energetyczną ok. 80 %. Nie znaczy to wcale, że cały układ solarny osiąga przez cały dzień sprawność 80%. Sprawność optyczna kolektora silnie zależy od kąta nachylenia kolektora do słońca i jest największa, gdy kąt ten wynosi 90 stopni, czyli kolektor zlokalizowany jest w płaszczyźnie prostopadłej słońca.

Czym większą ilość godzin w ciągu dnia kolektor będzie ustawiony do słońca pod kątem 90 stopni, tym większy będzie jego uzysk energetyczny, a więc i do większej temperatury kolektory zagrzeją wodę. I o to chodzi!

Jak działa obrotnica do kolektorów słonecznych czy też pozycjoner kolektorów słonecznych

Aby zrozumieć zasadę działania pozycjonera, należy sięgnąć do podstaw astronomii.

Słońce na nieboskłonie nieustannie się przemieszcza. Dla obserwatora z Ziemi jest to tzw. pozorny ruch Słońca. Pozycja Słońca na nieboskłonie zależy od szerokości geograficznej obserwatora, a także od pory dnia i pory roku. Dlatego aby osiągać maksymalne uzyski instalacji solarnej, należy śledzić ruch słońca i kierować kolektory "na słońce".

Zasada działania takiej obrotnicy jest dość prosta. Posiada ona dwie pary czujników. Jedna odpowiada za śledzenie ruchu słońca w kierunku poziomym, a druga w pionowym. Jeśli dana para czujników będzie pokazywać różnicę w natężeniu oświetlenia to znaczy, że solar w tej płaszczyźnie nie jest ułożony prostopadle względem słońca. Tylko przy prostopadłym ułożeniu czujników oświetlenia, różnica natężeń pokazywanych między nimi wynosi 0. Dlatego układ pozycjonera powinien nadążać za zmianami pozycji Słońca tak, aby kolektor zawsze był w płaszczyźnie prostopadłej do Słońca (wtedy różnica natężeń par czujników natężenia oświetlenia wynosi zero).

Obrotnica powinna posiadać więc dwa serwomechanizmy - jeden do ustawiania kolektora w pionie, drugi w poziomie. W ciągu dnia obrotnica ustawia kolektor do słońca, podążając za nim. Gdy Słońce zajdzie, pozycjoner powinien przestawić kolektor na kierunek wschodni, aby rano oczekiwał tam na pojawienie się Słońca.

Czy układ kolektorów montowanych na stałe jest gorszy ?

Niewątpliwie tak, choć projektanci instalacji solarnych do perfekcji opanowali sztukę optymalnego ustawienia kolektorów. Gdy kolektory są montowane na dachu, na powierzchni płaskiej lub na ścianie, gdzie nie mają możliwości obrotu (podążania za Słońcem), to projektanci tak dobierają rodzaj i ilość kolektorów, aby w ciągu dnia zapewnić odpowiedni uzysk energetyczny. Mówiąc prosto, moc takich kolektorów musi być większa, aby przy niższym natężeniu słońca osiągnąć pożądaną ilość energii. Przekłada się to bezpośrednio na koszty kolektorów, gdyż albo należy zakupić większą ilość kolektorów (lub zwiększyć ich powierzchnię), albo zakupić kolektory o wyższej sprawności.

Zalety układu pozycjonującego kolektory słoneczne

Obrotnica zapewnia większe uzyski energetyczne instalacji solarnej. Dodatkową zaletą układu pozycjonującego jest to, że może pełnić funkcję chłodzenia zbiornika c.w.u. W przypadku gdy w bardzo upalne dni woda w zbiornika zagrzeje się do maksymalnej temperatury tzn. że zbiornik c.w.u. nie będzie w stanie odbierać już ciepła dostarczanego z kolektorów, to obrotnica skieruje kolektory do cienia, aby się nie nagrzewały. Również kolektory słoneczne posiadają dopuszczalną temperaturę pracy (temperaturę stagnacji), której nie można przekraczać. Wyposażając układ pozycjonera w czujnik temperatury absorbera można mierzyć temperaturę do której nagrzała się płyta absorbera, a w przypadku jej nadmiernego wzrostu można kolektor obrócić do cienia.

Ceny zestawów pozycjonujących wahają się w granicach ok. 600 euro.

Aktualizacja: zwykle razem z pozycjonerem kolektora dostajemy program, którym możemy kalibrować czas w zegarze pozycjonera. Program ten ma zwykle jeszcze jedną przydatną funkcję, a mianowicie zabezpiecza kolektor przed silnym wiatrem i opadami śniegu. Funkcje te są załączane manualnie.
W przypadku silnego wiatru ochrona kolektora polega na ustawieniu kolektora do pozycji poziomej. W przypadku opadów śniegu ochrona kolektora polega na ustawieniu kolektora w pozycji pionowej.